11.Электрические разряды в газах.

11.1 В обычных услх любой газ,буть то воздух или пары се-

ребра, является изолятором. Для того,чтобы под действием

электрического полявозник ток, требуется каким-то способом ио-

низовать молекулы газа. Внешние проявления и характеристики

разрядов в газе чрезвычайно разнообразны,что объясняется широ-

ким диапазоном параметров и элементарных процессов,определяю-

щих прохождения тока через газ.Кпервым относятся состав и дав-

ление газа, геометрическая конфигурация разрядного

пространства, частота внешнего электрического поля,сила тока и

т.п.,ко вторым - ионизация и возбуждение атомов и молекул га-

за,рекомендация удары второго рода,упругое рассеяние носителей

заряда,различные виды эмиссии электронов. Такое многообразие

управляемых факторов создает предпосылки для весьма широкого

пименения газовых разрядов.

11.1.1.П о т е н ц и а л о м и о н и з а ц и и называет-

ся энергия, необходимая для отрыва электрона от атома или ио-

на. Для нейтронных невозбужденных атомов величина этой энергии

изменяется от 4 ( ) до 24 (Не) электрон-вольт. В случае моле-

кул и радикалов энергия разрывов связей лежит в пределах 0,06+

11,1 э.в.( )

11.1.2. Ф о т о и о н и з а ц и я а т о м о в. Атомы мо-

гут понизироваться при поглащении квантов света, энергия кото-

рых равна потенциалу ионизации атома или превосходит ее.

11.1.3. П о в е р х н о с т н а я и о н и з а ц и я . Ад-

сорбированный атом может покинуть нагретую поверхность как в

атомном так и в ионизованном состоянии. Для ионизации необхо-

димо, чтобы работа выхода поверхности была больше энергии ио-

низации уровня валентного электрона адсорбированного атома

(щелочные металлы на вольфраме и платине)

11.1.4.Процессы ионизации используются не только для воз-

буждения различных видов газовых разрядов,но и для интенсифи-

кации различных химических реакций и для управления потоками

газов с помощью электрических магнитных полей (см.6.1.1 и 6.7.

2.).

А.С.N 187894. Способ электродуговой сварки с непрерывной

и импульсной моделей энергии,отличающийся тем,что с целью по-

вышения точности выполнения сварного шва и облегчения зажига-

ния дуги,ионизирующиедуговой промежуток.

А.С. N 444818: Способ нагрева стали в окислительной ат-

мосфере, отличающийся тем,что с целью снижения

обезуглеродивания, в процессе нагрева осуществляют ионизиро-

ванные атмосферы.

А.С. 282684: Способ измерения малых потоков газа, выпус-

каемых в вакуумный объем,отличающийся тем,что с целью повыше-

ния точности измерения,газ перед запуском ионизируют и

формируют в однородный полный пучек, а затем вводят ионный пу-

чок в вакуумный объем,где его нейтрализуют на металлической

мишени, и по току ионного пучка судят о величине газового по-

тока.

11.2. Обычно газовй разряд поисходит между проводящими

электродами создающими граничную конфигурацию электрического

поля и играющими значительную роль в качестве источников и

стоков заряженных частиц. Однако наличие электродов необяза-

тельно (высокочастотный тороидальный заряд).

11.3. При достаточно больших давлениях и длинах разрядно-

го промежутка основную роль в возникновении и протекании раз-

ряда играет газовая среда. Поддержание разрядного тока

определяется поддерживанием равновесной ионизации газа, проис-

ходящий при малых токах за счет гауноендовских процессов кас-

кадной ионизации, а при больших токах за счет термической ио-

низации.

При уменьшении давления газа и длины разрядного

промежутка все большую роль играют процессы на электродах; при

P 0,02+0,4 мм.рт.ст/см процессы на электродах становятся опре-

деляющими.

11.4. При малых разрядных токах между холодными электро-

дами и достаточно однородном поле основным типом разряда явля-

ется тлеющий разряд, характеризующийся значительным (50 - 400

В) катодным падением потенциала. Катод в этом типе разряда ис-

пускает электроны под действием заряженных частиц и световых

квантов, а тепловые явления не играют роли в поддерживани раз-

ряда.

Патент США 3 533 434: В устройстве, предназначенном для

считывания информации с перфорированного носителя, используют-

ся лампы тлеющего разряда, имеющие невысокую стоимость, и,

кроме того, обладающие высокой надежностью. Освещение ламп че-

рез перфорации носителя информации источником пульсирующего

света вызывает зажигание некоторых из них, продолжающиеся и

после исчезновения светового импульса. Таким образом лампы

тлеющего разряда обеспечивают хранение информации и не требуют

дополнительного запоминающего устройства.

11.5. Примесь молекулярных газов в разрядном промежутке

при короноом разряде приведет к образованию страт, т.е. распо-

ложенных поперек градиента электрического поля темных и свет-

лых полос.

11.6. Тлеющий разряд в сильно неоднородном электрическом

поле и значительном ( P 100 мм.рт.ст.) давлении называют ко-

ронным. Ток короного разряда имеет характер импульсов, вызыва-

емых электронными лавинами. Частота появления импульсов 10-100

кГц.

11.7. Дуговой разряд наблюдается при силе тока не менее

нескольких ампер. Для этого типа разряда характерно малое (до

10 В) катодное падение потенциала и высокая плотность тока.

Для дугового разряда существенна высокая электронная эмиссия

катода и термическая ионизация в плазменном столбе. Спектр ду-

ги обычно содержит линии материала катода.

А.с. 226 729: Способ выпрямления переменного тока с по-

мощью газоразрядного промежутка с полым катодом при низком

давлении газа, соответствующим области левой ветви кривой Па-

шена, отличающийся тем, что с уелью повышения выпрямленного

тока и уменьшения падения напряжения в течении проводящей час-

ти периода, при положительном потенциале на аноде систему

"анод-полый катод" переводить в режим дугового разряда.

11.8. Искровой разряд начинается с образования стример

саморапространяющихся электронных лавин, образующих проводящий

канал между электродами. Вторая стадия искрового разряда -

главный разряд - происходит вдоль канала, образованного стри-

мером, а по свим характеристикам близка к дуговому разряду,

ограниченному во времени емкостью электродов и недостаточ-

ностью питания. При давлении 1 атм., материал и состояние

электродов не оказывает влияния на пробивное напряжение в этом

виде разряда.

Расстояние между сферическими электродами, соответствую-

щее возникноаению искрового пробоя весьма часто служит для из-

мерения высокого напряжения.

А.с. 272 663: Способ определения размера макрочастиц с

подачей их на заряженную поверхность, отличающийся тем, что с

целью повышения точности измерения, определяют интенсивность

световой вспышки, сопровождающей электрический пробой между

заряженной поверхностью и приближающейся к ней частицей и по

интенсивности судят о размере частицы.

11.9. Факельный разряд - особый вид высокочастотного од-

ноэлектродного разряда. При давлениях, близких к атмосферному

или выше его, факельный разряд имеет форму пламени свечи. Этот

вид разряда может существовать при частотах 10 МГц, при доста-

точной мощности источника.

11.10. При изучении заряженного острия наблюдается инте-

ресный эффект - так называемое стекание зарядов с острия. В

действительности никакого стекания нет. Механизм этого явления

следующий: имеющиеся в воздухе в небольшом количестве свобод-

ные заряды в близи острия разгоняются и, ударяясь об атомы га-

за, ионизируют их. Создается область пространственного заряда,

откуда ионы того де знака, что и острие, выталкиваются полем,

увлекая за собой атомы газа. Поток атомов и ионов создает впе-

чатление стекания зарядов. При этом острие разряжается, и од-

новременно получает импульс, направленный против острия.

Несколько примеров на применение коронного разряда:

А.с. 485 282: Устройство для кондиционирования воздуха,

содержащее корпус с поддоном и патрубками для подвода и отвода

воздуха и размещенный в корпусе воздуховоздушный теплообменник

с каналами орошаемыми со стороны одного из потоков, отличаю-

щийся тем, что с целью повышения степени охлаждения воздуха

путем интенсификации испарения коронирующие воды, по оси оро-

шаемых каналов теплообменника установлены электроды, прикреп-

ленные к имеющему заземление корпусу с помощью изоляторов и

подключенные к отрицательному полюсу источника напряжения.

Заявка СССР 744429/25: Авторы предлагали измерять диаметр

проволоки тоньше пятидесяти микрон с помощью коронного разря-

да. Как известно, коронный разряд ввиде светящегося кольца

возникает вокруг проводника, если к проводнику приложить высо-

кое напряжение. При определении сечения проводника коронный

разряд будет иметь вполне определенные характеристики. Стоить

изменить сечение, тотчас изменяется и характеристика коронного

разряда.

Л И Т Е Р А Т У Р А

Таблицы физических величин. М.,"Атомиздат", 1976, стр.427-439.

к 11.1 А.с.179599.

к 11.4 А.с.234527.

12. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ.

Эффекты, связанные с относительным движением двух фаз под

действием электрического поля, а также возникновение разности

потенциалов при относительном смещении двух фаз, на границе

между которыми существует двойной электрический слой, называ-

ется электрокинетическими явлениями.

12.1. Электроосмос (электроэндоосмос) - движение жидкос-

тей или газов через капилляры, твердые пористые диафрагмы и

мембраны, а также через слои очень мелких частиц под действием

внешнего электрического поля (см.3.6.1.).

Электроосмос применяется при очистке коллоидных растворов

от примесей, для очистки глицерина, сахарных сиропов, желати-

на, воды, при дублении кож, а также при окраске некоторых ма-

териалов.

12.2. Эффект обратный электроосмосу - возникновение раз-

ности потенциалов между концами капилляра, а также между

противоположными поверхностными диафрагмами мембраны для дру-

гой пористой среды при прода влении через них жидкости (потен-

циал течения).

12.3. Электрофорез (катофорез) - движение под действием

внешнего электрического поля твердых частиц, пузырьков газа,

капель жидкости, а также коллоидных частиц, находящихся во

взвешенном состоянии в жидкой или газообразной среде.

Электрофорез применяют при определении взвешенных в жид-

кости мелких частиц, не поддающихся фильтрованию или сжиманию,

для обезвоживания торфа, очистки глины или каолина, обезвожи-

вания красок, осаждение каучука из латекса, разделения маслян-

ных эмульсий, осаждения дымов и туманов.

А.с. 308 986: Способ снижения пористотости керамических

изделий путем насыщения их дисперсионным материалом, отличаю-

щийся тем, что сцелью повышения электрической прочности, насы-

щения проводят за счет электрофоретического осаждения твердых

частиц на суспенции с наводной дисперсионной средой.

12.4. Эффект обратный электрофорезу - возникновение раз-

ности потенциалов и жидкости в результате движения частиц,

вызванного силами не электрического характера, например, при

оседании частиц в поле тяжести, при движении в ультразвуковом

или центробежном поле (седментационный потенциал или потенциал

оседания).

12.5. Электрокапиллярные явления - явления связанные с

зависимостью величины поверхностного натяжения на границе раз-

дела электрод-раствор от потенциала электрода (см.3.3.6.).

Л И Т Е Р А Т У Р А

Краткая химическая энциклопедия. М.,1967, т.5, стр.934-936.