Виды разрядов и их применение
ым
(анод), а другой отрицательным (катод). Между электродами находится столб
раскаленного газа, хорошо проводящего электричество. В обычных дугах этот
столб испускает значительно меньше света, нежели раскаленные угли.
Положительный уголь, имея более высокую температуру, сгорает быстрее
отрицательного. Вследствие сильной возгонки угля на нем образуется
углубление – положительный кратер, являющийся самой горячей частью
электродов. Температура кратера в воздухе при атмосферном давлении доходит
до 4000 (C.
Дуга может гореть и между металлическими электродами (железо, медь и
т. д.). При этом электроды плавятся и быстро испаряются, на что расходуется
много тепла. Поэтому температура кратера металлического электрода обычно
ниже, чем угольного (2000-2500 (C).
Заставляя гореть дугу между угольными электродами в сжатом газе
(около 20 атм), удалось довести температуру положительного кратера до 5900
(C, т. е. до температуры поверхности Солнца. При этом условии наблюдалось
плавление угля.
Еще более высокой температурой обладает столб газов и паров, чрез
который идет электрический разряд. Энергичная бомбардировка этих газов и
паров электронами и ионами, подгоняемыми электрическим полем дуги, доводит
температуру газов в столбе до 6000-7000 (. Поэтому в столбе дуги почти все
известные вещества плавятся и обращаются в пар, и делаются возможными
многие химические реакции, которые не идут при более низких температурах.
Нетрудно, например, расплавить в пламени дуги тугоплавкие фарфоровые
палочки.
Для поддержания дугового разряда нужно небольшое напряжение: дуга
хорошо горит при напряжении на ее электродах 40-45 в. Ток в дуге довольно
значителен. Так, например, даже в небольшой дуге, идет ток около 5 А, а в
больших дугах, употребляющихся в промышленности, ток достигает сотен ампер.
Это показывает, что сопротивление дуги невелико; следовательно, и
светящийся газовый столб хорошо проводит электрический ток.
Такая сильная ионизация газа возможна только благодаря тому, что
катод дуги испускает очень много электронов, которые своими ударами
ионизуют газ в разрядном пространстве. Сильная электронная эмиссия с катода
обеспечивается тем, что катод дуги сам накален до очень высокой температуры
(от 2200( до 3500(C в зависимости от материала). Когда для зажигания дуги
мы в начале приводим угли в соприкосновение, то в месте контакта,
обладающем очень большим сопротивление, выделяется почти все джоулево тепло
проходящего через угли тока. Поэтому концы углей сильно разогреваются, и
этого достаточно для того, чтобы при их раздвижении между ними вспыхнула
дуга. В дальнейшем катод дуги поддерживается в накаленном состоянии самим
током, проходящие через дугу. Главную роль в этом играет бомбардировка
катода падающими на него положительными ионами.
Применение дугового разряда
Вследствие высокой температуры электроды дуги испускают ослепительный
свет, и поэтому электрическая дуга является одним из лучших источников
света. Она потребляет всего около 0,3 ватта на каждую свечу и является
значительно более экономичной. Нежели наилучшие лампы накаливания.
Электрическая дуга впервые была использована для освещения П. Н. Яблочковым
в 1875 г. и получила название «русского света», или «северного света».
Электрическая дуга также применяется для сварки металлических деталей
(дуговая электросварка). В настоящее время электрическую дугу очень широко
применяют в промышленных электропечах. В мировой промышленности около 90%
инструментальной стали и почти все специальные стали выплавляются в
электрических печах.
Большой интерес представляет ртутная дуга, горящая в кварцевой
трубке, так называемая кварцевая лампа. В этой лампе дуговой разряд
происходит не в воздухе, а в атмосфере ртутного пара, для чего в лампу
вводят небольшое количество ртути, а воздух выкачивают. Свет ртутной дуги
чрезвычайно богат невидимыми ультрафиолетовыми лучами, обладающими сильным
химическим и физиологическим действием. Ртутные лампы широко применяют при
лечении разнообразных болезней («искусственное горное солнце»), а также при
научных исследованиях как сильный источник ультрафиолетовых лучей.
Тлеющий разряд. Кроме искры, короны и дуги, существует еще одна форма
самостоятельного разряда в газах – так называемый тлеющий разряд. Для
получения этого типа разряда удобно использовать стеклянную трубку длинной
около полуметра, содержащую два металлических электрода. Присоединим
электроды к источнику постоянного тока с напряжение в несколько тысяч вольт
(годится электрическая машина) и будем постепенно откачивать из трубки
воздух. При атмосферном давлении газ внутри трубки остается темным, так как
приложенное напряжение в несколько тысяч вольт недостаточно для того, чтобы
пробить длинный газовый промежуток. Однако когда давление газа достаточно
понизится, в трубке вспыхивает светящийся разряд. Он имеет вид тонкого
шнура (в воздухе – малинового цвета, в других газах – других цветов),
соединяющий оба электрода. В этом состоянии газовый столб хорошо проводит
электричество.
При дальнейшей откачен светящийся шнур размывается и расширяется, и
свечение заполняет почти всю трубке. Различают следующие две части разряда:
1) несветящуюся часть, прилегающую к катоду, получившую название темного
катодного пространства; 2) светящийся столб газа, заполняющий всю остальную
часть трубки, вплоть до самого анода. Эта часть разряда носит название
положительного столба.
А работает это вот как. При тлеющем разряде газ хорошо проводит
электричество, а значит, в газе все время поддерживается сильная ионизация.
При этом в отличие от дугового разряда катод все время остается холодным.
Почему же в этом случае происходит образование ионов?
Падение потенциала или напряжения на каждом сантиметре длины газового
столба в тлеющем разряде очень различно в разных частях разряда.
Получается, что почти все падение потенциала приходится на темное
пространство. Разность потенциалов, существующая между катодом и ближайшей
к нему границей пространства, называют катодным падением потенциала. Оно
измеряется сотнями, а в некоторых случаях и тысячами вольт. Весь разряд
оказывается существует за счет этого катодного падения.
Значение катодного падения заключается в том, что положительные ионы,
пробегая эту большую разность потенциалов, приобретают большую скорость.
Так как катодное падение сосредоточено в тонком слое газа, то здесь почти
не происходит соударений ионов с газовыми атомами, и по этому, проходя
через область катодного падения, ионы приобретают очень большую
кинетическую энергию. Вследствие этого при соударении с катодом они
выбивают из него некоторое количество электронов, которые начинают
двигаться к аноду. Проходя через темное пространство, электроны в свою
очередь ускоряются катодным падением потенциала и при соударения с газовыми
атомами в более удаленной части разряда производят ионизацию ударом.
Возникающие при этом положительные ионы опять ускоряются катодным падением
и выбивают из катода новые электроны и т. д. Таким образом все повторяется
до тех пор пока на электродах есть напряжение.
Значит мы видим, что причинами ионизации газа в тлеющем разряде
являются ударная ионизация и выбивание электронов с катода положительными
ионами.
Такой разряд используют в основном для освещения. Применяется в
люминесцентных лампа.
| |  скачать работу |
Виды разрядов и их применение |
