Сброс газа
Один говорит в газовом разряде при протекании электрического тока через газ , и это ионизируется в процессе. Это также может привести к появлению видимого света. Газовый разряд можно «зажигать» разными способами, для поддержания ударной ионизации с лавинным эффектом требуется определенный минимальный ток .
Классификация
Если газовый разряд происходит с ненагретыми электродами, можно выделить три участка показанной характеристической кривой при низком давлении газа (намного ниже атмосферного):
- При токах ниже примерно 1 мкА видимый свет не генерируется. Говорят о темных выделениях . Электричество начинается, когда отдельные атомы газа ионизируются. Например, для этого достаточно естественного ионизирующего излучения . Начиная с рабочего напряжения выше примерно 100 В, ток увеличивается за счет лавинного эффекта, при котором каждый выпущенный электрон ионизирует дополнительные атомы, которые высвобождают дополнительные электроны ( ударная ионизация ). Это желательно в счетной трубке, потому что она заменяет миллионное усиление сигнала.
- Если ток составляет от 1 до 50 мА, тлеющий разряд производит слабый видимый свет, цвет которого определяется составом газа. Характерными особенностями являются так называемое катодное падение , зона слабого освещения вокруг катода и отрицательное дифференциальное сопротивление в диапазоне от D до G, что позволяет создавать простые осцилляторы наклона . Поскольку скорость рекомбинации очень высока, лавинный эффект исчезает, когда ток падает ниже минимального значения.
- При токах выше примерно 500 мА говорят о дуговом разряде , при котором, помимо очень интенсивного света, возникают высокие температуры, особенно на электродах. Дополнительные электроны, выходящие из светящихся катодов, значительно увеличивают общее количество свободных электронов. В результате пинч-эффекта ток течет в относительно тонком канале, что также можно увидеть при молнии .
Образование плазмы и газовые разряды также возможны без электродов посредством высокочастотного поля . Эта возможность используется в индукционных лампах и некоторых лазерах .
зажигание
Начнется ли прохождение тока через газ самопроизвольно или его нужно инициировать первым, зависит в первую очередь от давления газа, потому что это влияет на длину свободного пробега электронов. На этой «гоночной трассе» свободные электроны ускоряются электрическим полем между электродами и приобретают кинетическую энергию. Только если это превышает минимальное значение энергии ионизации (по порядку величины: 20 эВ) до следующего столкновения с атомом , высвобождается другой электрон и начинается лавинный эффект.
- Если давление слишком низкое (например, в вакуумной камере), свободные электроны могут превысить эту минимальную энергию, но вряд ли найдут партнеров для столкновения, а сила тока останется очень низкой. Поскольку лавинного эффекта нет, ток не может увеличиваться бесконечно.
- В лампах накаливания давление газа и расстояние между электродами выбираются таким образом, чтобы лавинный эффект надежно начинался при полном напряжении около 80 В, как только появляется «пусковой электрон». Это выбивает из атома , например, естественная радиоактивность . Без достаточного последовательного резистора ток неограниченно возрастает.
- В ксеноновых газоразрядных лампах очень высокое давление газа при небольшом расстоянии между электродами; В импульсных трубках давление газа ниже, но расстояние между электродами больше. В обоих случаях лавинный эффект не начинается при напряжениях ниже 500 В, потому что слишком много свободных электронов снова связываются посредством рекомбинации. Количество пусков достаточно только при напряжении зажигания в несколько тысяч вольт. Как только минимальный ток в несколько миллиампер превышен и основной источник питания подает достаточное количество электронов, зажигается дуга, и рабочее напряжение падает примерно до 30 В.
- В люминесцентных лампах из-за большого расстояния между электродами сила ускоряющего поля настолько мала, что тлеющие катоды сначала должны увеличить количество свободных электронов в достаточной степени, чтобы вызвать лавинный эффект при напряжении зажигания около 600 В.
- Электроны могут самопроизвольно покидать сильно изогнутые отрицательно заряженные поверхности в результате автоэлектронной эмиссии и ионизировать окружающий газ. Поскольку напряженность поля резко падает с увеличением расстояния, обычно не наблюдается лавинного эффекта и сила тока остается низкой. Этот газовый разряд желателен в электрофильтрах ; это нежелательно на высоковольтных линиях и предотвращается коронирующими кольцами .
Приложения
- Дуги , например Б. для сварки и в газоразрядных лампах высокого давления
- Тлеющие разряды в люминесцентных лампах , лампах накаливания , плазменных экранах , плазменных лампах.
- Искровые разряды , например, для зажигания в двигателях внутреннего сгорания.
- Вспышки внутри или на камере
- Плазмотроны для резки и сварки
- Дуоплазматрон
- Нагнетательные разряды газовых лазеров , например Б. HeNe-лазеры , азотные лазеры , CO 2 -лазеры , аргон-ионные лазеры , эксимерные лазеры
- Счетчик Гейгера-Мюллера
- Ионизационные вакуумметры
- Выпрямитель паров ртути и тиратрон
- Трубка Гейслера
- Коронный разряд вызывает потери энергии в высоковольтных линиях
- Бесшумный электрический разряд для образования озона
- Распыление , например Б. производить тонкие слои
- Плазменная полимеризация
литература
Учебники экспериментальной физики, например Б. Кристиан Гертсен: Physik , 6-е издание, Гейдельберг, 1960, стр. 300-301.