Баланс ионов в дуге

Баланс ионов в дуге [c.102]

Напомним еще раз, что электрическая дуга является процессом не только электрическим, но и тепловым. Поэтому наряду с рассмотрением баланса ионов в дуге необходимо рассмотреть и тепловой или энергетический баланс в дуге. Его мы рассмотрим в следующей главе. [c.104]

Баланс энергии дуги. Как для катодной, так и для анодной областей дуги можно составить подробную схему баланса энергии. Например, для участка анода основные составляющие баланса следующие в) приход — потенциальная и кинетическая энергия электронов, конвективная и лучистая теплопередача от столба плазмы б) расход — плавление, излучение и теплоотвод в материал анода. Однако механизм явлений в переходных областях дуги пока недостаточно ясен, поэтому проводить точный расчет всех составляющих баланса энергии трудно. В катодной области остается неизвестной доля ионного тока, коэффициент аккомодации энергии ионов для данного катода, изменение работы выхода электронов вследствие эффекта Шоттки и т. п. [c.74]

Тепло от дуги распространяется теплопроводностью, излучением и конвекцией. Излучение играет существенную роль только при высоком давлении. В балансе энергии в дуговом столбе важную роль играет диссоциация газа, а также диффузия ионов и молекул. Теплопроводность обусловливает теплообмен с холодными частями подогревателя. За счет конвекции осуществляется в основном передача тепла от дугового столба к обтекающему его газу. [c.312]

Баланс энергии в столбе дуги. Пренебрегая очень небольшой долей энергии, получаемой ионами при их ускорении в продольном поле (ионный ток мал), можно считать что вся энергия, отбираемая разрядом от внешнего источника, в столбе дуги переходит непосредственно к электронам плазмы. [c.73]

Баланс энергии на катоде зависит от потенциала ионизации веществ, находящихся в зоне дуги, а также от того, включены ли в цепь внешние стабилизаторы. В инертном газе энергия, выделяющаяся на катоде, состоит из потенциальной энергии положительных ионов (t/ ) и кинетической энергии тех же ионов [11 ), за вычетом энергии, затрачиваемой этими ионами на выход электронов из катода (i/b)- При отсутствии в дуге отрицательных иоиов баланс энергии на катоде можно представить следующим образом [c.224]

Дуговой разряд. Его отличит, черта — малость катодного падения, К, 10 В. Разогретый интенсивным потоком ионов катод или его токонесущие участки (катодные пятна) испускают достаточно сильный электронный ток. Плазма положит, столба дугового разряда при атм. давлении равновесна, её проводимость определяется темп-рой Т. Поле в столбе Е и ВАХ E j) определяются балансом энергии джоулево тепло а (7 )i выносится за счёт теплопроводности к охлаждаемым стенкам (если дуга горит в трубке), либо рассеивается в пространстве (дуга в свободной атмосфере). Типичным примером последнего является дуга с угольными электродами в воздухе (рис. 6). ВАХ [c.512]

Плазменный поток на срезе сопла плазмотрона имеет ламинарный, турбулентный или смешанный характер в зависимости от числа Рейнольдса. В работах [33, 78] определены границы областей существования ламинарных и турбулентных режимов течения на срезе сопла дугового плазмотрона в зависимости от числа Рейнольдса, определяемого через расход газа G, диаметр сопла и коэффициент вязкости, соответствующий средней температуре потока, вычисляемой из энергетического баланса плазмотрона. По данным [33], при Re < ИОн-250 плазменный поток на срезе сопла ламинарный, при Re > 300- 800 — турбулентный, а в промежуточной области чисел Re режим течения переходной. В работе [78] ламинарным поток считается при Re < 630, а турбулентным — при Re > 850. В промежуточной области, как и ранее, течение является переходным. Помимо этого, на ламинарность и турбулентность течения существенно влияет режим горения электрической дуги или иного разряда. Так, в дуговых плазмотронах при малой длине дуги (/д =< 0,5 см) в дуговом канале [c.147]

Баланс энергии на катоде при наличии в полости дуги ионов фтора выражается уравнением [c.21]

Почти все авторы гипотез, объясняющих элементарные процессы дуги, в частности катодной зоны, в качестве критерия правильности гипотезы производили расчет баланса энергии. Несмотря на противоречивость гипотез, баланс всегда сходился с опытными данными. Это объясняется присутствием в точном балансе неопределенных коэффициентов. Например, доля ионного тока и коэффициент аккомодации ионов у разных авторов меняются от 0,1 до 0,9. [c.103]

Баланс энергии на катоде коренным образом изменяется в зависимости от наличия или отсутствия в зоне дуги отрицательных ионов и легко ионизирующихся элементов либо ог применения внешних (электрических) стабилизаторов. В инертном газе энергия, выделяющаяся на катоде, состоит из потенциальной энергии положительных ионов (f/j) и кинетической энергии тех же ионов (i/k), за вычетом энергии, затрачиваемой этими ионами на выход электронов из катода (i/b)- Баланс энергии на катоде при отсутствии отрицательных ионов в дуге можно представить следующим образом [c.20]

Хорошее совпадение значений Г,, полученных в дугах, горящих при различных условиях, говорят о том, что интенсивность охлаждения слабо влияет на энергетический баланс электронов. Очевидно, основным механизмом охлаждеипя электринов является передача энергии тяжелой компоненте плазмы (атомам и ионам). [c.141]

Несколько ранее Лэнгмюром [Л. 146] была указана новая возможность объяснения механизма дуги, давшая начало одной из наиболее популярных и продуктивных теорий дуги с холодным катодом. Основываясь на выведенном им уравнении объемного заряда, образующегося в плазме у отрицательного электрода, Лэнгмюр пришел к заключению, что поле объемного заряда у катода дуги может оказаться достаточным для извлечения электронов из металла посредством понижения потенциального барьера. Детальная теоретическая проверка этого заключения применительно к условиям ртутной дуги была предпринята Маккоуном [Л. 147]. Принципиально новым в этой работе было то, что в ней учитывалось влияние эмиттируемых катс дом электронов на объемный заряд у катода и обусловленное им поле. Следует заметить, что за отсутствием заслуживающих доверия опытных данных о протяженности слоя объемного заряда одним из средств проверки действенности автоэлектронной теории дуги до настоящего времени остается вычисление поля у поверхности катода по данным плотности тока с помощью уравнения объемного заряда. Из теории Лэнгмюра известно, что объемный заряд у отрицательного электрода создается движущимися к нему из плазмы положительными ионами, плотность тока которых определяется концентрацией ионов в плазме. Эмиттируемые катодом электроны в большей или меньшей степени компенсируют положительный объемный заряд, вследствие чего результаты вычисления напряженности поля зависят от того, как велика часть тока, переносимого ионами. Компенсирующее действие электронов может оказаться практически полным, если плотности электронного и ионного токов относятся, как квадратные корни из масс иона и электрона. Отсюда следует, что в случае ртутной дуги доля ионного тока (1 — К) в общем балансе тока у катода должна быть во всяком случае больше /ею- Максимально возможное значение (1 — К) МОжет быть оценено на основании соображений об эффективности ионизационного процесса в области отрицательного свечения. Основным процессом ионизации в области отрицательного свечения долгое время считалась ионизация посредством однократных соударений атомов ртути с ускоряемыми в катодном падении электронами, основанием для чего служило кажущееся сО Впадение величин катодного падения и ионизационных потенциалов для некоторых материалов катодов. Ввиду малой эффективности указанных [c.55]

Бопрос об испарении ртути в области катодного пятна возник первоначально в связи с исследованием баланса энергии у катода ртутной дуги. В прежних исследованиях баланса испарению ртути отводилось место одного из основных источников потерь энергии, сообщаемой катоду ионной бомбардировкой. Этим отчасти объясняется то внимание, которое уделялось на протяжении ряда лет измерениям скорости испарения ртути в катодном пятне. [c.24]

Одним из основных критериев применимости той или иной теории дуги до последнего времени считалось соблюдение баланса энергии для катодной области дуги. Этот взгляд нашел выражение в том, что почти все авторы, приступая к обоснованию своей идеи, обращались прежде всего к балансу энергии. Бросается в глаза то замечательное обстоятельство, что баланс энергии оказывается почти всегда удовлетворительным, несмотря на все различие исходных представлений о механизме дуги и допускаемых при составлении баланса упрощений и ошибок. Разительным примером этого могут служить следующие две работы. Одним из первых за свидетельством баланса энергии катода ртутной дуги обратился Гюнтершульце [Л. 7], нашедший в нем подтверждение своей теории, несмотря на использование почти вдвое заниженных данных Штарка о величине катодного падения. Позже в порядке обоснования абсурдной теории дуги к помощи уравнения баланса энергии апеллировал в своей работе Смит [Л. 76], хотя в его балансе был опущен важнейший источник притока энергии к катоду в виде положительных ионов. [c.62]

Указанные несообразности впушают мысль, что при составлении баланса возможен тенденциозный подбор источников энергии и ее потерь, вследствие чего этот метод оценки теории не заслуживает особого доверия. Эта мысль находит подтверждение в обстоятельном исследовании баланса энергии ртутного катода, предпринятом Комптоном [Л. 22] с позиций теории Лэнгмюра и излагаемом ниже с некоторыми отступлениями и в более общей форме. В любой реалистической теории дуги одно из наиболее существенных мест среди источников подводимой к катоду энергии должно отводиться положительным ионам, бомбардирующим катод со скоростями, приобретенными в области катодного падения. Если К представляет собой долю электронного тока в общем потоке зарядов у поверхности катода и — коэффициент аккомодации для данного катода по отношению к ионам, то энергия, сообщаемая в единицу времени катоду, будет [c.62]

В противоположность этому шансы автоэлектронной теории лишь улучшаются с увеличением плотности тока вследствие уменьшения протяженности области объемного заряда и увеличения напряженности поля у катода. Уже при /р = 10 достигает значений порядка 4 10 в/сл. Как показывают расчеты (см. табл. IV), при такой напряженности поля автоэлектронная эмиссия должна играть существенную роль в балансе тока у катода ртутной дуги. Таким образом, предположение Слепяна о чисто ионном составе тока в области катодного падения оказывается несовместимым с новыми данными о высоких значениях плотности тока у поверхности ртутного катода. Напротив, можно показать, что теория автоэлектронной дуги совместима с этими данными. Напряженность поля у катода Е , обусловленная объемным зарядом, может быть выражена через плотности ионного и электронного токов /р и /е посредством соотношения Маккоуна [Л. 147], которое не вызывает каких-либо сомнений. Выражая входящие в это уравнение электрические величины в практических единицах, можно представить его в форме [c.66]

Хотя мы считаем, что в термоэлектронной дуге эмитиро ващные электроны переносят значительную часть тока, у нас нет точных сведений о том, как велика их доля в общем токе, и нет никакого разработанного для этой цели метода непосредственного измерения. Если бы вся энергия, подводимая к катоду положительными ионами, затрачивалась на термоэлектронную эмиссию, можно было бы составить следующий баланс энергии. Каждый ион (с единичным зарядом) обладает кинетической энергией еУс, где Ус — катодное падение потенциала, и энергией ионизации еУ1, где Vi — потенциал ионизации. Для нейтрализации каждого иона необходимо извлечь один электрон на это расходуется энергия еф, где Ф — работа выхода. Остальная энергия будет затрачиваться на высвобождение электронов, необходимых для переноса тока. [c.59]

Изменение давления газа и плотности тока в положительном столбе существенно изменяет его энергетич. баланс. Подводимая к столбу энергия электрич. поля расходуется в виде тепла, выделяющегося при рекомбинации электронов и ионов на стенках (или, в случае сиободно горящей дуги — па ее периферии), резопаисного и нерезопансного излучения и тепла, выделяющегося в объеме и уходящего путем теплопроводности и конвекции. Рис. 4 дает представление [c.448]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...