Равновесная ионизация в газе

РАВНОВЕСНАЯ ИОНИЗАЦИЯ В ГАЗЕ [c.281]

Экспериментальные исследования. Простейшая модель для изучения процессов ионизации и рекомбинации — инертный газ. Однако при уровне температуры 3000° К и умеренном давлении в десятки миллиметров ртутного столба невозможно поддерживать измеримую степень равновесной тепловой ионизации в инертном газе. Поэтому экспериментальное исследование проводилось в условиях неравновесной рекомбинации в пламени дуги аргона с добавками или без добавок различных твердых частиц [737]. Эта модель хорошо воспроизводит реальные условия в ракетной струе, где протекает процесс рекомбинации после быстрого расширения в сопле. [c.457]

Безусловно, дуга в вакууме отличается по своим свойствам от дуги при атмосферном давлении. Плазму столба дуги уже нельзя рассматривать как термически равновесную, так как электронная температура больше температуры газа Te>Tg (см. пример 3). Термическая ионизация в столбе дуги снижается [c.97]

При более высоких температурах, скажем при температуре 5000° К, равновесная степень диссоциации в таких газах, как кислород, азот, воздух, значительна и от степени диссоциации сильно зависит внутренняя энергия. Диссоциация при таких температурах происходит довольно медленно, требуя многих столкновений молекул, и диссоциацию можно отнести к числу медленно возбуждаемых степеней свободы. При еще более высоких температурах, порядка 10 000° и выше, роль медленно возбуждаемых степеней свободы играет ионизация. В то же время диссоциация, а тем более возбуждение колебаний немногих недиссоциированных молекул, происходит очень быстро, и эти степени свободы можно отнести к легко возбуждаемым. [c.215]

Равновесная температура за ударной волной при скоростях входа, до 11 км сек достигает порядка 10 000—15 000° К, а давление торможения может меняться от величин порядка миллионных долей до сотен атмосфер. В этих условиях, как уже указывалось в предыдущих параграфах обзора,, приходится иметь дело с явлениями возбуждения колебательных степеней свободы (М i= 5—7), диссоциацией (М 7 —25), ионизацией (М 12) и излучением в газе. Процессы возбуждения внутренних степеней свободы,, как правило, не вносят существенного вклада в коэффициенты давления, сопротивления и теплопередачи (менее 5—10%). Процессы диссоциации и ионизации за счет повышенной подвижности атомов к поверхности тела (в полтора раза выше, чем молекулы воздуха) и электронов (примерно в два с половиной раза выше, с учетом эффекта амбиполярной диффузии, чем молекулы воздуха) заметно увеличивают (до 20% при диссоциации и до 30—40% при ионизации) конвективный поток тепла. [c.552]

Соотношение вероятностей переходов вверх и вниз изменяется в области низких уровней Еп > кТ, АЕ > кТ, где вероятность дезактивации больше, чем вероятность возбуждения. Кроме того, в области низких уровней весьма вероятны и радиационные переходы, которые также способствуют дезактивации. В рамках диффузионной модели это означает, что в области низких уровней имеется сток и, следовательно, диффузионный поток направлен вниз — образовавшийся высоковозбужденный атом стремится прийти к основному состоянию, в чем, собственно, и заключается рекомбинация. Подчеркнем, что направление-диффузионного потока определяется состоянием газа. Если бы условия были таковы, что ионизация была бы ниже равновесной, то преобладали бы акты возбуждения и поток был бы направлен вверх . Суш ественно, что вероятность ионизации атома при ударе на не слишком высоких уровнях невелика и меньше вероятности дискретных переходов, так что ионизацией в этой области можно пренебречь. [c.348]

Установление равновесной степени ионизации в частично ионизованном газе осуществляется путем различных элементарных актов столкновительной ионизации и обратной рекомбинации сталкивающихся заряженных частиц. В простейшем случае, когда [c.130]

Характерная особенность И. в. заключается в том, что их возникновение и распространение связаны не с перемещением в-ва вперёд и назад или поперёк (как это имеет место в упругих волнах), а с изменением степени ионизации в плазме. Локальное возмущение плотности ионов ведёт к возникновению пространственного заряда и появлению локального электрич. поля, меняющего, в свою очередь, ср. энергию эл-нов. В связи с этим меняется скорость ионизации и постепенно меняется (понижается) концентрация заряж. ч-ц. Вся эта цепь процессов ведёт к распространению возмущения, причём с чередованием положит, и отрицат. отклонений плотности и др. параметров плазмы от равновесного состояния. Поскольку кинетика процессов ионизации и рекомбинации и хар-р переноса могут быть весьма разнообразны в зависимости от рода газов и внешних электрич. и магн. полей, то весьма разнообразны и св-ва И. в., скорости и направления их движения. Имеется множество типов И. в. обратные волны с фазовой скоростью, направленной противоположно групповой, прямые волны с фазовой скоростью, большей или меньшей, чем групповая, а также ряд промежуточных типов волн. И. в. наблюдаются в плазмах разнообразного состава при давлениях от 10- мм рт. ст. до десятков атм. Скорости распространения И. в. также могут изменяться в ши- [c.228]

Основное влияние процессов диссоциации и ионизации состоит в снижении температуры воздуха за ударной волной (вниз по потоку), так как на эти процессы затрачивается кинетическая энергия молекул. Для оценки порядка величины снижения темпе- ратуры приведем следующий пример при максимальной пиковой температуре в 20 000 К, возникающей при проходе воздуха сквозь поверхность ударной волны, равновесная температура на некотором расстоянии ниже волны составляет всего 7000 К. На рис. 29.11 приведены для сравнения кривые изменения температуры в критической точке теплоизолированного тела с притупленным носком при его полете в двух атмосферах в диссоциированном и ионизированном воздухе (реальный газ) и в воздухе без учета названных процессов (идеальный газ). [c.350]

ФАЗОВЫЙ ПЕРЕХОД (фазовое превращение)—переход между разл. макроскопич. состояниями (фаза.ии) многочастичной системы, происходящий при определ. значениях внеш. параметров (темп-ры Т, давления Р, магн. поля Я и т, п.) в т. н. т очк е перех о да. Ф. п, следует отличать от постепенных превращений одного сост. в другое (напр., ионизация атомарного или молекулярного газа и превращение его в плазму), происходящих в целом интервале параметров, иногда такие превращения наз, Ф. п, в широком смысле слова. Ф. п.— кооперативные явления, происходящие в системах, состоящих из большого (строго говоря, бесконечного) числа частиц. Ф. п. происходят как в равновесных термодинамич. системах (напр,, Ф, п, из парамагнитного в ферромагнитное состояние при понижении темп-ры), так и в системах, далёких от термодинамич. [c.271]

Постоянная Яог — есть энергия образования одного моля данной компоненты, включенная в ее внутреннюю энергию. Для атомов это энергия, потребная для разложения соответствующего числа молекул, для ионов — энергия ионизации и т. д. Очевидно, эту энергию можно отнести к той или иной компоненте. Для удобства обычно полагают Яог = 0 для тех компонент, которые присутствуют в исходном равновесном состоянии смеси при нормальной температуре (например, для молекул кислорода, азота, углекислого газа). [c.15]

Переход к гиперзвуковым скоростям вызывает столь значительное повышение температуры газа, что в нем начинают протекать процессы возбуждения колебаний молекул, диссоциации, ионизации и излучения, которые в зависимости от скорости реакций могут быть равновесными или неравновесными. [c.523]

Пример расчета для высокотемпературного воздуха. Чтобы проиллюстрировать применение соотношений, полученных в п. 9.5—9.8 настоящей главы, мы выберем относительно простую смесь газов. В частности, мы выберем смесь, близкую к воздуху. Воздух — это в основном смесь Ог, О, N2, М, 0+, и е". Такими компонентами, как редкие газы, можно пренебречь, так как они содержатся в таких малых количествах, что их присутствие не влияет на расчеты равновесных свойств воздуха при высоких температурах. Вычисления покажут, что N почти совсем отсутствует, когда О2 диссоциирует, и то же происходит с О2, когда диссоциирует N2, благодаря значительному различию в энергии диссоциации для О2 и N2 (5,08 эв для О2 против 9,756 эв для N2). Кроме того, О2 и N2 почти совсем диссоциируют к моменту, когда ионизация становится значительной, благодаря высокому потенциалу ионизации для О и N (13,62 эв для О и 14,55 эв для К). Таким образом, никогда не будут присутствовать в значительных концентрациях более чем пять веществ. На рис. 9.2, взятом из работы Хансена ), показано, какие компоненты будут присутствовать в заметных количествах для некоторой области изменения значений давления и температуры воздуха. Из-за такого разделения на отдельные режимы вычисление равновесных свойств сухого воздуха упрощается. [c.354]

Например, при и = 2,67-10 1/сж , что соответствует числу молекул в воздухе нормальной плотности, обе энергии совпадают при температуре 900 000° К. В действительности энергия излучения становится сравнимой с энергией вещества при еще более высоких температурах, так как при нагревании атомы ионизуются, что, во-первых, приводит к возрастанию числа частиц в 1 см и, во-вторых, добавляет к тепловой энергии энергию, затраченную на ионизацию ). Так, в реальном воздухе нормальной плотности энергия излучения сравнивается с внутренней энергией вещества только при температуре около 2 700 000° К. В сильно разреженном газе энергия равновесного излучения становится сравнимой с энергией вещества при более низких температурах (грубо говоря, температура, при которой обе энергии равны, пропорциональна д /з). Однако в этом случае при сопоставлении энергии следует проявлять осторожность, так как в очень разреженном газе велика длина пробега излучения и если размеры газового тела недостаточно велики, плотность излучения может оказаться гораздо меньше равновесной (см. об этом ниже). [c.124]

Несмотря на то, что число возбужденных атомов обычно значительно меньше числа атомов, пребывающих в основном состоянии, роль ионизации возбужденных атомов в освобождении электронов не мала, так как соответственно в их ионизации участвуют частицы с меньшими энергиями. В самом деле, число частиц, способных ионизовать невозбужденный атом, пропорционально ехр (—1/кТ), где / — потенциал ионизации. Но число актов ионизации атомов, возбужденных до уровня Е, также пропорционально е и—Е )/кт — первому множителю пропорционально число возбужденных атомов, а второму — число частиц, способных ионизовать возбужденный атом. (Обычно в не слишком плотном газе ионизация происходит при кТ < I, так что 1/кТ > 1 и больцмановский фактор весьма существен). Сравнительная роль ионизации возбужденных и невозбужденных атомов в условиях равновесного возбуждения определяется, главным образом, эффективными сечениями ионизации тех и других при ударах частицами с надпороговой энергией. [c.326]

Образование равновесной ионизации в слабоноинзованном газе осуществляется путем различных элементарных актов ионизации нейтральных молекул в процессе их столкновений друг с другом и обратной рекомбинации сталкивающихся заряженных частиц — ионов и электронов — с образованием нейтральных молекул. [c.36]

Напряжение пробоя длинных промежутков ( 10 м) достигает MB, но ср. поля в промежутке кВ/см атм — 1 В/см тор) в десятки раз меньше, чем при таунсендов-ском пробое. Ионизация газа идет только в областях сильного собств. ПОЛЯ лидерной и стримерных вершин. Когда лидер достигает заземлённого электрода, по его каналу, всё ещё находящемуся под высоким потенциалом, со скоростью 10 см/с проходит обратная волна снятия напряжения (возвратный удар). Благодаря сильнейшему полю на фронте волны ионизация в канале резко возрастает и он превращается в искровой с равновесной плазмой при К. [c.514]

При достаточно больших давлениях и длинах разрядного промежутка основную роль в возникновении и протекании разряда играет газовая среда. Поддержание разрядного тока определяется поддержанием равновесной ионизации газа, происходящей при малых токах за счет таунсендовских процессов каскадной ионизации, а при больших токах — за счет термической ионизации. [c.427]

И при М==10 превосходит температуру набегаюьцего потока более чем в двадцать раз (при 7=1,4). Появление области с очень высокой температурой при гиперзвуковом обтекании тел воздухом и другими газами приводит ко второй особенности таких течений (первая выражена неравенством (23.1), а именно — к проявлению эффектов, связанных с поведением реальных газов при высокой температуре. Для учета этих эффектов вместо модели совершенного газа для воздуха или других смесей газов вводятся более сложные модели модели термодинамически равновесного газа с учетом протекания в нем физико-химических процессов — возбуждения внутренних степеней свободы молекул и атомов, диссоциации молекул, химических реакций между компонентами смеси, ионизации атомов и молекул модели, в которых учитывается конечная скорость протекания названных физико-химических процессов (модели термодинамически неравновесного или релаксируюихего газа) модели с учетом процессов молекулярного переноса в газе—вязкости, теплопроводности, диффузии, а также с учетом излучения. В последних моделях нужно принимать во внимание и то, что при высокой температуре обтекающего тела газа поверхностный слой тела может разрушаться, в результате чего поток вблизи тела будет содержать газообразные (а иногда — и испаряющиеся твердые и жидкие) продукты разрушения тела. [c.400]

Если область, занимаемая нагретым газом, ограничена и прозрачна ( оптически тонка ), излучаемые в газе кванты, не задерживаясь, покидают нагретый объем, и плотность излучения в газе меньше равновесной. В этих условиях даже при малой плотности электронов скорость ионизации электронным ударом может оказаться выше скорости фотоионизации, тогда как соотношение скоростей обратных процессов рекомбинации может остаться прежним, т. е. фоторекомбинация может преобладать. [c.327]

Рассмотрим детальнее, как протекает процесс рекомбинации при тройных столкновениях в низкотемпературной водородной плазме. Предположим, что условия в газе существенно неравновесны степень ионизации выше равновесной или, что то же самое, температура ниже той, которая соответствует данной степени ионизации, так что в цлазме протекает преимущественная рекомбинация. Выше отмечалось, что вероятность захвата электрона при тройном столкновении быстро возрастает при увеличении радиуса орбиты и уменьшении энергии связи уровня, так что электроны захватываются в основном на верхние уровни. Как было показано в 13 гл. V, вероятности спонтанных радиационных переходов с верхних уровней резко уменьшаются при увеличении квантового числа п и уменьшении энергии связи Еп (как 1/ге Е п ). [c.347]

Анализ различных механизмов ионизации в ударной волне в аргоне (и вообще одноатомных газов) содержится в уже цитированной выше работе Л. М. Бибермана и И. Т. Якубова [93]. Авторы исследовали влияние вариаций в выборе эффективных сечений ионизации ударами электронов и атомов, роль ступенчатых и радиационных процессов. Они пришли к выводу о том, что в ускорении образования начальных электронов решающую роль должно играть возбуждение атомов резонансным излучением, выходящим из равновесной зоны. Благодаря этому эффекту сильно повышается концентрация возбужденных атомов, которые легкО ионизуются электронным ударом. Учет этого позволил авторам значительно сократить расхождения между расчетными и экспериментальными значениями времени релаксации и добиться удовлетворительного согласия тех и других. Надо сказать, что в вопросе об ионизационной релаксации, в особенности о механизме начальной ионизации, полной ясности еще нет. Отметим работу [95], в которой изучалась релаксация в ксеноне, и работу [96] о влиянии излучения. [c.396]

Другие процессы, которые приводят к зависящим от температуры поправкам для распределения энергии в жидкости (например, испарение и конденсаци/Ч в двухфазных смесях плп ионизация и рекомбинация в газах прп высоких температурах), могут также влиять на акусыпеское затухание на длине волны, давая пиковые значения при некоторой характерной для данного процесса частоте и последующий спад кривой, однако при этом изменение скорости звука (от равновесного до замороженного значения) мало. Заметим также, что затухание совершенно другого тина, связанное с касательными напряжениями (214), играет важную роль каждый раз, когда звуковые волны распространяются по касательной к твердой стенке, например при распространении звука в трубе с твердыми стенками этот случай кратко рассматривается в гл. 2. За дальнейшими подробностями относительно процессов диссипации в жидкости следует обращаться к разд. 3.5. [c.111]

Перенос тепла в ионизованном газе осуществляется как за счет нейтральных, так и заряженных частиц. При этом в слабоионизованном газе вклад положительных ионов в теплопроводность относительно невелик, поскольку значения энергии, переносимой ионом и нейтральным атомом, сопоставимы, а доля ионов относительно мала. Электроны, скорость которых значительно превышает скорость тяжелых частиц, вносят заметный вклад в теплопроводность плазмы уже при малых степенях ионизации ]Лт/Л/ (та — масса электрона М—масса атома, иона). При этом, поскольку обмен энергией электронов с атомами мал ( mlM), вклады в теплопроводность нейтральных частиц и электронов аддитивны. Наряду с этим определенный вклад в теплопроводность равновесного ионизованного газа вносит процесс установления ионизационного равновесия [c.436]

С ростом интенсивности лазерного излучения Ро возрастают температура и степень ионизации плазмы в зоне поглощения. Одновременно возрастает и тепловой поток из плазмы в сторону разрыва. Перед разрывом образуется зона прогрева. При равновесной температуре плазмы за фронтом светодетонационной волны свыше 10 эВ возникает отрыв электронной температуры Те перед фронтом волны от температуры Т холодного газа. [c.114]

Если константа равновесия известна, можно рассчитать и равновесные значения концентрации. В частности, зная константу ионизации (для реакций ионизации также существуют равновесное состояние и константа равновесия), можно рассчитать степень ионизации а (отношение числг заряженных к полному числу частиц) по формуле Саха дль инертных газов [c.79]

Необходимая электропроводность газа обычно достигается введением ионизирующих присадок. Различают МГДГ с равновесной и неравновесной ионизацией газов. В первом случае достаточный уровень проводимости газа, даже при наилучших присадках, может быть достигнут лишь при температуре выше2000°С. Неравновесная ионизация возможна и при меньших температурах, и поэтому с технической точки зрения она более предпочтительна. Неравновесная ионизация может достигаться нейтронным излучением, селективным разогревом электронной компоненты или токами высокой частоты. Эффективность ионизации повышается с понижением давления газа. В проработках ядерных энергетических установок с газоохлаждаемыми реакторами и МГДГ обычно принимают давление газа порядка (Юн- 12) 10 Па. [c.98]

Чтобы определить параметры плазмы, представляющей собой высокотемпературную равновесно реагирующую газовую смесь, прежде всего необходимо найти ее состав. Очевидно, что точность расчета состава будет определяться не только погрешностью вычислительного процесса, но в первую очередь — полнотой учета физических и химических эффектов, имеющих место в реагирующей смеси. Однако полный учет этих явлений затруднен. В то же время для получения результатов с достаточной для инженерных расчетов точностью можно принять следующие допущения в реакции горения участвует все топливо воздух состоит только из азота и кислорода смесь газов, составляющих продукты сгорания, является идеальным газом в исследуемом диапазоне температур и давлений полностью отсутствует термическая ионизация газовых компонент рассматривается однокомпонентпая легкоионизируемая присадка ее влияние на термодинамические параметры газовой смеси учитывается в приближенной форме введением соответствующих поправочных коэффициентов влияние присадки на вязкость и теплопроводность не учитывается а электропроводность рассчитывается методом малых возмущений. [c.109]

Иоинзующая У. в. Если за У. в., распространяющейся по неионизованному газу, темп-ра Гг 10 ООО К, газ в У. в. ионизуется на десятые доли и более. (Относит, концентрация ионов резко возрастает с увеличением темп-ры и значительно слабее—с уменьшением плотности газа.) Осн. механизмом является ионизация атомов электронным ударом. Необходимую для этого энергию электронный газ получает при упругих столкновениях электронов с атомами и ионами. Развивающаяся лавина электронная начинается с относительно небольшого кол-ва начальных, затравочных электронов. Они могут появляться при столкновениях атомов (хотя эфф. сечение ионизации атомами очень мало), в результате реакции ассоциативной ионизации типа N-bO+2,8 эВ-> NO е (такой процесс идёт в воздухе), путём фотоионизации атомов перед СУ УФ-излучением, испускаемым нагретым газом за У. в. Неясность в отношении конкретного механизма нач. накопления электронов часто затрудняет интерпретацию эксперим. результатов по структуре ионизационной волны не очень большой интенсивности. В релаксац. зоне темп-ра электронов меньше темп-ры атомов и ионов Г, т. к. электронный газ затрачивает большую по сравнению с feF, энергию на ионизацию атома. Зависимость Г, от Т в релаксац. зоне определяется балансом энергии, затрачиваемой электронами на ионизацию и получаемой при упругих столкновениях с атомами и ионами. Чем более интенсивна У.в., тем больше разность Т— Т ъ релаксац. зоне. В той её части, где состав газа близок к равновесному, становится существенным процесс, обратный ионизации, т. е. электрон-ионная рекомбинация. При достижении ионизац. равновесия выравниваются и темп-ры Г Т. Ширина релаксац. зоны обратно пропорциональна pi- [c.209]

Коррозия металлов в расплавленных солях имеет специфические особенности. Благодаря высоким температурам сильно снижаются и практически исчезают затруднения для электронных переходов при ионизации металлов, разряде и перезаряде ионов, поэтому электродные реакции идут при потенциалах, близких к равновесным по отношению к приэлектродным слоям расплава. Расплавленные соли в большинстве своем — это ионные жидкости. Для них наиболее типично, ионное состояние окислителя, даже В случае, когда окислитель—газ, например, lg, СО2, Ti l4 и др. Фактические деполяризаторы — их ионные ассоциаты (С1 , СО,", Ti l " и др.), а не нейтральные молекулы.. [c.359]

Ионизационная диффузия (или теплопередача) в квазиравно-весном ламинарном следе за сферой или за входящим в атмосферу телом при типичных условияз входа исследовалась Лином [84]. С помощью термодинамических таблиц Гилмора [85], Логана [86] и Тира [87] по известным равновесной температуре и плотности газа можно вычислить концентрацию электронов п, образовавшихся вследствие термической ионизации чистого воздуха. [c.134]

Другими реакциями могут являться реакции самого различного типа. Например, в кислых водных растворах — реакция разряда ионов гидроксония и ионизации водорода или реакции с участием молекулярного кислорода, растворенного в электролите. Термодинамическую возможность протекания этих реакций на различных металлах можно проиллюстрировать, используя диаграмму термодинамической устойчивости воды (рис. 1.1). Диаграмма представляет собой зависимость равновесных потенциалов водородного и кислородного электродов от pH раствора при температуре 25 °С и давлении газов 1,033-10 Па. Зависимости потенциалов от pH выражают следующими уравнениями [c.8]

При сильных ударных волнах среду нельзя считать калорически совершенным газом. Например, для М1>5 при комнатной температуре удельные теплоемкости при переходе через ударную волну не постоянны вследствие возбуждения колебательной энергии молекул ( кол)- Так как колебательная энергия достигает своего равновесного значения сравнительно с энергиями поступательной (е ост) и враш.ательной (вдр щ) медленно, то время релаксации в сильной степени влияет на структуру скачка. Кроме того, при высокой температуре происходят диссоциация и ионизация, которые также влияют на скачок (время релаксации у них еще больше). [c.200]

Преобразователь течеискателя выполнен в виде щупа, перемещаемого вдоль испытуемой поверхности. Чувствительный элемент преобразователя - электронозахватный детектор, представляющий собой двухэлектродную ионизационную камеру с радиоизотопным тритие-вым источником ионизирующих (3-частиц, действующую при атмосферном давлении заполняющего его газа. Через детектор пропускается электроположительный газ-носитель аргон или азот, ионизация которого обеспечивает относительно высокую электропроводность детектора. С помощью специального устройства в детектор отбирается воздух от поверхности испытуемого объекта. Устанавливаются некоторые равновесные условия разряда. Увеличение электрического сопротивления детектора свидетельствует о появлении в отбираемом воздухе пробного вещества, вытекающего через течь. [c.554]

В зависимости от того, какой именно механизм ионизации преобладает, можно различать тепловую ионизацию, когда П. создается простым нагреванием веществ (напр., электрич. разрядом), фотоионизацпю, ионизацию пучками частиц и т. д. Тепловая ионизация газа имеет место, нанр., в мощных ударных волнах, когда темп-ра газа за фронтом достигает значений порядка неск. тысяч градусов. Далеко за фронтом такой волны устанавливается термодинамич. равновесие, и степень ионизации П. дается Саха форму.гой. На самом фронте П не равновесна, и, следовательно, процесс ионизации определяется кинетикой столкновений между частицами. [c.16]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...