ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Теория процессов на катоде дуги и в прикатодной области из "Электрическая дуга отключения " Для существования дуги весьма важными являются процессы, происходящие на катоде дуги и в газе, непосредственно граничащем с катодом. Как указал еще В. Ф. Миткевич, основным процессом в дуге является излучение (эмиссия) электронов с нагретой поверхности катодного пятна. В настоящее время приходится обращать внимание и на процессы, происходящие в области катодного падения. [c.62] Различают два характерных процесса эмиссии электронов из катода дуги термоэлектронную и автоэлектронную эмиссии. Теоретически эти процессы существуют всегда одновременно, однако практически во многих случаях превалирующее значение имеет один из них. [c.62] Рассмотрим процесс термоэлектронной эмиссии, имеющий решающее значение при очень высоких температурах поверхности катодного пятна, не меньших температуры испарения металла катода. [c.62] Из электронной теории металлов известно, что в металле всегда имеется большое число свободных электронов, движущихся в разных направлениях между узлами кристаллической решетки. Когда какой-либо электрон приближается к поверхности металла, то он может вылететь в окружающее пространство, если скорость его достаточно велика. Но для этого он должен преодолеть силы притяжения со стороны положительных ионов, находящихся в металле. На преодоление этих сил должна быть затрачена работа, которая называется работой выхода электрона, или, короче, работой выхода. [c.62] Зная работу выхода, можно вычислить число электронов, излучаемых в единицу времени с единицы поверхности металла. При этом необходимо принять во внимание следующее. [c.63] Следует указать, что измерения часто дают величины, значительно отличающиеся от теоретической. Это связано с тем трудно учитываемым влиянием, которое оказывают на работу выхода адсорбированные пленки на поверхности металла и т. п. [c.63] Пользуясь уравнением (3-1), можно установить, что материалы с высокой температурой испарения, например графит (Г = 4123°), вольфрам Т = 5073°), могут обеспечить указанную выше плотность тока. Для графита при 7 = 4123° мы получим б= 1,02-10 а см . [c.64] Это значит, что уже до достижения температуры испарения графита будет обеспечена плотность тока б = 2800 а см . Можно подсчитать, что эта плотность тока будет достигнута при Т яа 3800°. Металлы с низкой температурой испарения, например, медь Т = 2630°), железо = 2720°), не могут обеспечить найденной из опыта плотности тока. Поэтому для объяснения ее необходимо рассмотреть другой механизм излучения электронов из катода — автоэлектронную эмиссию. [c.65] Эта сила изображается кривой АВ, причем она возникает только на некотором (очень малом) расстоянии х . Непосредственно у поверхности катода она заменяется конечной силой притяжения положительных ионов металла. Сила, создаваемая внешним полем, изображена кривой ОС. Суммарная сила, действующая на электрон, есть сумма этих двух сил, и она изображается кривой А ОР. Эта сила имеет минимум в точке О, соответствующей некоторому расстоянию х . Очевидно, при всех расстояниях, меньших х , сила притяжения больше силы внешнего поля, и электрон будет возвращен в металл, хотя бы он его перед этим и покинул. При расстояниях, больших Хх, сила внешнего поля больше силы притяжения к поверхности металла, и электрон не может в него вернуться. [c.65] Работа, совершенная электроном на пути до точки х , будет меньше при наличии внешнего поля, чем при его отсутствии, на величину Дф == еи , где — значение потенциала, соответствующего минимуму кривой А10Р. [c.65] влияние внешнего поля сказывается в уменьшении работы выхода на величину Дф. [c.66] Максимум кривой энергии В) достигается на расстоянии х, от катода. При сильном внешнем поле кривая энергии за счет туннельного эффекта получает значительно более низкий максимум (В ), который достигается при значительно меньшем расстоянии от катода х . На расстоянии х энергия уже очень мала ( ). Это и означает, что потенциальный барьер сузился, и электрону легче его преодолеть. [c.66] Цифры у кривых — значения ф = щ — Эв. Данные Грановского. [c.67] На рис. 3-5 приведены кривые плотности тока, рассчитанные по этой формуле при разных значениях работы выхода, определяющих величину параметра Ь. [c.67] Сравнение этих кривых с данными опыта показывает, что в действительности авто-электроиная эмиссия начинается при напряженностях поля, на 1—2 порядка меньших, чем это следует из рис. 3-5. [c.67] При Т = О эта формула обращается в формулу (3-6), а при Е = = О — в формулу (3-1). [c.68] Длина свободного пути электрона в воздухе известна. Однако необходимо считаться с тем, что в очень тонком слое области катодного падения присутствуют пары металла катода. К сожалению, нам неизвестна длина свободного пути электрона в парах меди или железа. [c.69] Имеются указания на то, что она значительно меньше свободного пути в воздухе. Энгель и Штеенбек [Л. 1-10] указывает, что в случае медного катода свободный путь электрона в 3—4 раза меньше, чем в чистом воздухе. [c.69] Эта величина составляет только 63% от определенной нами выше (2,45-10 в1см). Мы получили бы близкую к 2,45-10 в см величину, если бы приняли, что наличие паров железа снижает свободный путь электрона примерно в 6 раз. Такое снижение правдоподобно, однако необходимость вводить в формулу (3-10) очень произвольно выбранную величину Я делает весь метод расчета плотности тока по формуле (3-7) очень шатким. [c.70] Вернуться к основной статье