ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Зависимость средней продолжительности существования дуги О от внутренних условий разряда из "Катодные процессы ртутной дуги и вопросы ее устойчивости " Камера с вращающимся барабаном была сконструирована таким образом, что в случае необходимости она могла насаживаться на микроскоп с помощью универсальной переходной головки, как это показано на фотографии рис. 52. В последнем случае можно было получить сильно увеличенное изображение катодного пятна, что значительно расширяло возможности исследования его тонкой структуры. Для этих наблюдений была специально сконструирована разрядная трубка в виде неглубокого металлического резервуара для ртутного катода и расположенного близко к нему кольцеобразного анода, заканчивавшаяся сверху плоским шлифом. Ее устройство приведено на рис. 53. Верхней стенкой трубки, через которую производилось фотографирование, служило обычное оптическое стекло, плотно прилегавшее к шлифу. Вследствие незначительного расстояния между стеклом и катодом трубки она допускала фотографирование катодного пятна с помощью короткофокусных объективов, обеспечивавших необходимое увеличение изображения. [c.157] Эти же методы непрерывной развертки изображения были применены для исследования катодного пятна, беспорядочно перемещающегося по поверхности однородного жидкого катода. При таких условиях опыта наблюдения сильно осложняются, отчасти из-за беспорядочного движения самого объекта и связанного с ним бурления ртути и в не меньшей степени из-за интенсивного свечения разряда, дающего на снимках сплошной фон и многочисленные блики отражения от ртутных волн. Временами след катодного пятна на снимках по какой-то причине совсем исчезает. По всей вероятности, это связано с образованием довольно глубокой ямки в ртути под действием сил, развиваемых в области катодного пятна. При косом направлении этого углубления лучи могут перекрываться стенками ямки, не попадая вследствие этого в объектив. Тем не менее, несмотря на все эти осложнения, привлекая на помощь наблюдения над фиксированным пятном, оказывается возможным и на основании получающихся таким путем нечетких снимков сделать вполне определенные заключения. [c.158] Их количество увеличивается с ростом тока. При этом ток, приходящийся на одну ветвь, составляет в среднем около 0,7 а. Впечатление правильности рисунка обусловлено прямолинейностью ветвей и постоянством образуемых ими углов. То и другое указывает на постоянство скорости движения автономных пятен вдоль мениска ртути. Скорость этого движения оказывается равной приблизительно 24 см/сек, что близко к скорости распространения поверхностных капиллярных волн на ртути. Это совпадение говорит о том, что движение автономных пятен с равномерной скоростью вдоль линии смачивания молибдена ртутью вызывается капиллярными волнами, нарушающими однородность толщины пленки ртути, смачивающей молибден Б области мениска. Очевидно, каждое пятно располагается на участке пленки ртути с некоторой оптимальной толщиной и передвигается вместе с этим участком в процессе волнообразного изменения толщины пленки. [c.160] Следует отметить, что такого рода наблюдения были описаны ранее Тонксом [Л. 8], на что указывалось уже своевременно в обзорной главе. Однако использованная им аппаратура с низкой разрешающей способностью не позволила ему вскрыть до конца тонкую структуру отдельных частей катодного пятна и ряд интересных свойств мельчайших составных частей катодного пятна. [c.161] Указания на тонкую структуру ветвей уже имеются на рассмотренных снимках на рис. 54. Чтобы разобраться в ее деталях, необходимо обратиться к снимкам на рис. 55, показывающим катодное пятно при 12-кратном увеличении и резко повышенной скорости развертки изображения. Сопоставление тех и других снимков прежде всего убеждает в том, что каждая из ветвей изображения пятна, представленных на снимках рис. 54 в виде прямолинейных отрезков, в действительности оказывается состоящей из ряда волнистых переплетающихся линий. Эта неоднородность изображения указывает на резкую неоднородность распределения тока в пределах каждого автономного пятна. Ток оказывается сосредоточенным на отдельных очень мелких участках поверхности, занимаемой автономным катодным пятном. Но это означает по существу, что каждое из автономных пятен, на которые распадается катодная область дуги, в свою очередь состоит из более мелких ячеек, принимающих на себя практически весь ток. Подробный анализ снимков позволяет установить ряд индивидуальных свойств этих ячеек, а также выяснить характер их взаимодействия. Наиболее существенные результаты такого анализа приводятся ниже. [c.161] При рассмотрении увеличенных снимков типа приведенных на рис. 55 бросается в глаза прежде всего, что известную часть своего существования ячейки находятся в тесном контакте друг с другом, сбиваясь в более тесные группы по две, три и более ячеек в одной группе и совершая вращательное движение друг около друга. О последнем свидетельствуют волнообразное переплетение их следов и характерное изменение их формы при уменьшении скорости развертки с появлением односторонних зубцов, свойственных циклоиде. По величине периода между соседними пучностями следов можно оценить период обращения ячеек, который оказывается порядка 2-10 сек. [c.161] Снимок рис. 56,6 с изображением одиночной ячейки катодного пятна было удобно использовать для определения средней плотности тока в катодном пятне. С этой целью изображение ячейки увеличивалось в несколько сотен раз и его поперечные размеры 6 определялись в различных сечениях снимка. Выведенное из этих измерений среднее значение б оказалось равным 1,56-10 3 см. Если ячейка в сечении имеет форму правильного круга, то данному поперечнику должна соответствовать плотность тока порядка 0,5- 10 а/см , т. е. с 5 раз больше той, которая была определена Тонксом при аналогичных условиях опыта. Следует иметь в виду, что приведенная цифра характеризует лишь некоторое эффективное значение плотности тока ячейки, отнесенное к ее видимой, вероятно сильно преувеличенной поверхности. [c.164] В предыдущем параграфе были сознательно оставлены в тени вопросы устойчивости и взаимодействия ячеек, выходящие за рамки чисто структурных вопросов. Между тем они имеют первостепенное значение для понимания природы внутренней неустойчивости дуги и особенностей поведения катодного пятна в дуге с холодным катодом. [c.164] Таким образом, распад ячеек по всем признакам является закономерным явлением даже в условиях любого стационарного режима тока. Из факта постоянства количества ячеек во времени при том или ином стационарном режиме мы должны заключить, что наряду с распадом ячеек должен иметь место противоположный процесс формирования новых ячеек и что должно сохраняться равновесие между тем и другим процессами. Между тем на снимках не удается обнаружить внезапно начинающихся следов новых ячеек на свободных участках поверхности катода. Причина этого кроется в том, что новые ячейки образуются в рассматриваемых здесь стационарных условиях исключительно посредством деления уже имеющихся ячеек, вследствие чего их следы всегда начинаются у одной из волнистых линий, принадлежащих какой-либо из ранее образовавшихся ячеек. Это обстоятельство сильно затрудняет регистрацию возникающих ячеек. Впрочем, в последнем нет особой необходимости, так как при любом стационарном режиме тока число ячеек, добавляющихся в течение достаточно большого интервала времени в -результате прощесса деления, должно быть в точности равно числу распадающихся ячеек, данные о котором уже были приведены в табл. XI. [c.166] Как можно легко заметить, продолжительность жизни элементарных ячеек катодного пятна Т] оказывается величиной того же порядка, что и установленные нами ранее (см. 25, 27 и 30) величины продолжительности горения дуги о вблизи порогового значения тока /о и равная продолжительность периода циклических изменений катодного падения. Это совпадение кажется достаточно многозначительным. В нем можно усмотреть прямое указание на существование связи между рассмотренными ранее явлениями внутренней неустойчивости дуги с неустойчивостью ее элементарных ячеек, т. е. самого дугового цикла в пределах каждого малого участка поверхности катода. Эти наблюдения могут лищь означать, что дуговой цикл в пределах каждой его автономной ячейки способен поддерживаться лишь в течение ограниченного, вполне определенного при заданных условиях опыта интервала времени. В рассмотренных здесь относительно благоприятных условиях существования дуги с фиксированным катодным пятном нормальная продолжительность цикла составляет всего лишь около 10 сек. То обстоятельство, что дуговой разряд в целом может поддерживаться более длительное или даже неограниченное время, оказывается результатом возобновления дугового цикла на новых участках поверхности катода. Благодаря непрерывной замене одних активных центров дуги другими дуговой цикл в целом сохраняется длительное время. Однако это достигается за счет непрерывной его перекачки с одних участков катода на другие. Таким образом, так называемое стационарное состояние дуги в сущности представляет собой лишь некоторое состоя-ние равновесия между процессами распада и формирования ячеек. [c.167] Прежде чем мы перейдем к обсуждению механизма координации процессов распада и деления ячеек, следует попытаться уяснить, что принуждает ячейки перемещаться по катоду и какие явления лежат в основе их тенденции собираться группами. [c.167] Выше были Описаны результаты исследования структуры катодного пятна и свойств его отдельных частей в условиях стационарной дуги. Чтобы получить представление о само м процессе становления дуги и механизме управления эмиссионным током катода, необходимо дополнительно сследовать явления, происходящие у катода при увеличении тока. [c.175] На снимке а и сопряженных с ним осциллограммах следует различать область, соответствующую подъему напряжения до первого, обычно -наиболее высокого, максимума (участок АБ). [c.177] Все сказа н ное выше хорошо объясняет появление искровых линий в свечении разряда и спонта нное возникновение новых центров эмиссии катода. То и другое явления следует рассматривать лишь как естественную цепь следствий резко нарастающей интенсивности процессов дугового цикла в пределах ячеек, деление которых не способно обеспечить необходимую скорость развития эмиссионной поверхности катода. Действительно, возбуждение коротковолнового искрового спектра обязано своим происхождением резкому повышению ионизирующей способности электронов в результате подъема напряжения на электродах дуги. При содействии возникающего при таких условиях сильного электрического поля это коротковолновое излучение в свою очередь способно вызвать спонтанное образование на катоде новых очагов эмиссии посредством фотоэффекта. Таким путем отчасти компенсируется недостаточная скорость развития эмиссионной поверхности посредством обычного процесса деления ячеек. Спонтанное появление новых катодных пятен, таким образом, лишь подчеркивает то обстоятельство, что при рассматриваемых режимах резкого нарастания тока узким местом разряда, тормозящим этот процесс, служит недостаточная скорость развития эмиссионной поверхности катода посредством деления ячеек катодного пятна. [c.184] Вернуться к основной статье