3 ЭЛЕКТР ДОҒАЛЫҚ ҮРДІСТЕР ЖӘНЕ ҚОНДЫРҒЫЛАР
3.1 Электр доғалық қыздыру
3.1.1 Электр доғалық разряды және оның құрылымы
Сыртқы пішіні және сипаттамалары бойынша газдардағы электр разрядтары бірнеше түрге бөлінеді: электрондық, қараңғы (немесе бәсең), әлсіз жанған (бықсық) және доғалық (3.1 сурет).
Аталған электр разрядтары тәуелді және тәуелсіз болуы мүмкін.
Егер разрядтық аралықта зарядталған бөлшектерді туғызу үшін сыртқы факторлар әсері - ионизаторлар (ультракүлгін, рентген сәулелері, осциллятор) қажет болса электр разряды тәуелді деп аталады. Тәуелсіз разряд кезінде зарядталған бөлшектер пайда болуын энергия көзі қамтамасыз етеді.
Электр доғасы газдардағы электр разрядының жоғары ток тығыздығы және аз катодтық потенциал құлауымен сипатталатын түрі.
Электр доғалық және әлсіз жанатын разрядтардың салыстырмалы көрсеткіштері 3.1 кестеде келтірілген.
3.1 кесте - Электр доғалық және әлсіз жанатын разрядтар көрсеткіштері
Параметр
|
Доғалық разряд
|
Әлсіз жанатын разряд
|
Кернеудің катодтық құлауы, В
Ток тығыздығы, А/см2
Температура, 0С
|
5-20
10-105
>(3-5)103
|
200-300
(10-100)10-6 қоршаған орта
|
Кестеден доғалық разрядтың катодтық кернеу құлауы әлсіз жанған разрядтағыдан бір деңгей төмен, ток тығыздығы бірнеше деңгейге, ал температурасы өте жоғары болатынын көреміз.
Электр доғасы жүретін үрдістер сипаттамалары бойынша үш аймақтан тұрады (3.2 сурет).
3.2 сурет - Доға құрылымы
Теріс электродқа іргелес аймақты катодтық кернеу құлау аймағы деп атайды, онда кернеу құлау шамасы =5-15 В. Одан кейін доға бағанасы орналасады. Оң электродқа іргелес аймақты анодтық кернеу құлау аймағы деп атайды, кернеу құлау шамасы =10-20 В. Катодтық және анодтық кернеу құлау аймақтары өте аз (1 мкм) шаманы құрайды. Сондықтан бұл маңдағы потенциал градиенті өте жоғары 105-106 В/см.
Электродтар аралығындағы толық кернеу құлауы
(3.1)
Мұнда , - анодтық және катодтық потенциал құлауы;
-электр өрісінің кернеулігі;
- доға ұзындығы.
Электродтар аралығында келесі үрдістер жүреді: ионизация, деионизация, диффузия, шекаралық беттердегі ионизация. Ионизация нәтижесінде газда үш түрлі зарядталған бөлшектер туады: электрондар, оң және теріс зарядты иондар. Доға бағанасындағы негізгі ионизация механизмі термиялық ионизация болып табылады.
Электродтар бетіне электрондар мен иондар соғылу кезінде олардың кинетикалық энергиясы өте жоғары болған жағдайда разрядтық аралыққа зарядталған бөлшектер «ұрылып» шығуы мүмкін.
Бірақ негізінен разрядтық аралыққа зарядталған бөлшектер эмиссиялық механизм жолымен жүреді.
Зарядталған бөлшектердің атқылауы нәтижесінде жоғары температураға дейін қызған катодтан электрондар термоэлектрондық эмиссия жолымен шығады. Термоэлектрондық эмиссия тогының тығыздығы катодтың температурасына және материалына байланысты
(3.2)
Мұнда - термоэлектрондық ток тығыздығы, А/см2;
- электрод материалымен анықталатын тұрақтылар;
- катод бетінің температурасы, К
Электрод маңындағы кернеулік шамасы жоғары болған жағдайда (105-106 В/см) автоэлектрондық эмиссия орын алуы мүмкін.
(3.3)
Мұнда - термоэлектрондық ток тығыздығы, А/см2;
- электрод материалымен анықталатын тұрақтылар;
- электрод беті маңындағы кернеулік, В/см.
Деионизация үрдісі зарядтардың рекомбинациясы және олардың қоршаған ортаға диффузиясы нәтижесінде жүреді.
Стационарлық жағдайда бұл үрдістер арасында тепе-теңдік орын алады. Ионизация дәрежесінің температурадан, қысымнан және газ түрінен тәуелділігі Саха теңдеуімен сипатталады
(3.4)
Мұнда -газдың ионизация дәрежесі –көлем бірлігіндегі иондар немесе
электрондар санының ионизацияға дейінгі толық
нейтралдық молекулулар санына қатынасы;
-қысым, Па;
- температура, К;
- ионизация жұмысы, Дж;
-Больцман тұрақтысы.
3.1.2 Доғаның вольтамперлік сипаттамалары және оны реттеу
Доғаның маңызды тәуелділіктерінің бірі доға кернеуі мен тогының арасындағы тәуелділік болып табылады.
Қалыптасқан режимдегі доға жағдайында (стационарлық тұрақты ток доғасы) бұл сипаттама статикалық деп аталады.
Токтың аз мәндерінде доғаның вольтамперлік сипаттамасы құламалы болып келеді, Айртон теңдеуімен бейнеленеді
(3.5)
Мұнда - электрод материалына, газ құрамына және доғаның
суытылу жағдайына байланысты анықталатын тұрақтылар;
- доға ұзындығы;
- доға тоғы.
Үлкен ток мәндерінде сипаттама келесі түрге келеді
(3.6)
(3.6) формуладағы катодтық және анодтық кернеу құлауларының қосындысын береді. - доға бағанасындағы градиент.
Доғаның тұрақты жануын қамтамасыз ету үшін оның және нәрлендіру көзінің вольтамперлік сипатта
маларын
үйлестіру қажет (3.3 сурет).
3.3 сурет - Тұрақты ток доғасының орнықты жану шарттары
Доға электр тізбегі келесі теңдеумен сиптатталады
(3.7)
Мұнда - нәрлендіру көзінің кернеуі;
- доғадағы кернеу;
-доға тогы;
-доға тізбегінің активтік кедергісі;
-доға тізбегінің индуктивтігі.
Доға нәрлендіру көзінің сыртқы сипаттамасы болып табылатын ( ) түзуі мен доғаның вольтамперлік сипаттамасының А және Б қиылысу нүктелерінде жанады. Бірақ А нүктесінде ток кездейсоқ азаятын болса, доға аралығына түсетін кернеу доға кернеуінен аз болуы себептен, доғаның жануы орнықсыз болады да, ток доға сөнгенше төмендейді. Ток өсетін болса, доға аралықтағы кернеудің доға кернеуінен жоғары болуы себептен ток Б нүктесіндегі мәніне дейін өседі. Бұл нүктеде доға орнықты жанады. Доғаның орнықты жану шарты
(3.8)
Доғаның вольтамперлік сипаттамасын бірнеше жолмен реттеуге болады:
- нәрлендіру көзінің кернеуін реттеу арқылы (3.4 а сурет);
- доға тізбегінің кедергісін реттеу арқылы (3.4 б сурет);
- доғаға әртүрлі факторлармен әсер ету жолымен: доға ұзындығын өзгерту, қоршаған ортаны және оның қысымын өзгерту, газ ағыны, магнит өрісі әсері (3.4 в сурет).
3.4 сурет - Доғаның вольтамперлік сипаттамасын реттеу
а) нәрлендіру көзінің кернеуін реттеу арқылы; б) доға
тізбегінің кедергісін реттеу арқылы; в) доға кернеуін реттеу
арқылы
3.1.3 Айнымалы ток доғасы
Айнымалы ток доғасында ток пен кернеу периодына екі рет бағыты мен полярлығын ауыстырып, нольден өтеді. Осы кезде доға разряды өшіп, қайта жанады (3.5 сурет).
3.5 сурет - Активтік (а) және индуктивтік кедергілі (б) тізбектердегі
айнымалы ток доғасының ток және кернеу осцилограммалары
Доға өшкен кезде электродтық аралықта температура төмендеп деионизация үрдісі жүреді, оның диэлектрлік беріктігі ұлғаяды, электродтардың потенциалы өседі. Кернеу электродтық аралықтың диэлектрлік беріктігін тесуге жеткілікті болғанда доға қайта жанады. Доға тогы өсуімен қатар аралықтың температурасы жоғарылауына байланысты электрөткізгіштіктің өсуінен доға кернеуі төмендейді. Содан кейін кернеу ток максимумынан өтіп белгілі бір шамаға дейін азайғанша тұрақтанады, доға өшуі алдында біраз өседі. Доға периодына екі рет өшіп-жануына байланысты кернеу графигінде әр периодында екі жану және өшу шыңдары болады. Активтік кедергілі тізбекте доға жануында үзіліс болады. Үзіліс ұзақтығы электродтар аралығының диэлектрлік беріктігі мен кернеу өсу жылдамдығы қатынасымен, электродтар температурасымен анықталады.
Доғасыз аралықтарды электр тізбегіне индуктивтік кедергі қосқанда ток пен кернеу арасында пайда болатын ығысу арқылы реттеуге болады. Нәрлендіру көзінің кернеуі төмендегенде доғадағы кернеу индуктивтік кедергінің электромагниттік энергиясы есебінен сақталады. Доғаның үзіліссіз жануы 0,85 жағдайында қамтамасыз етіледі.
Айнымалы ток доғасының вольтамперлік сипаттамасы - кернеу өзгеруінің бір периодтағы ток өзгеруінен тәуелділігі, динамикалық болып келеді. Ток және кернеу графиктерінің қалпына байланысты әр түрлі болуы мүмкін (3.6 сурет).
3.6 сурет - Айнымалы ток доғасының осцилограммалары
мен вольтамперлік сипаттамалары
Достарыңызбен бөлісу: |
