Тлеющий разряд
Тлеющий разряд является газоразрядным , что происходит независимо от двух холодных электродов , подключенных к источнику напряжения постоянного или переменного тока при низком давлении газа. Цвет свечения зависит от газа. Неон из благородных газов , который дает оранжево-красный цвет, часто используется в индикаторных лампах .
заявление
Световое излучение, возникающее в результате разряда, используется в люминесцентных лампах и лампах накаливания для освещения или отображения.
В вакуумной технике тлеющий разряд используется для очистки испаряемых поверхностей. Для этой цели вакуум 10 -2 до 10 -3 мбара устанавливаются в получателе и тлеющий разряд построен между кольцевым электродом и землей с управляемым источником высокого напряжения . Газовый разряд ( плазма ), распространяющийся по приемнику, сублимирует и окисляет примеси, прилипшие к поверхностям, например B. органические соединения, которые трудно удалить другими методами очистки. Кроме того, тлеющий разряд используется в качестве источника возбуждения в углекислотных лазерах .
Лампы накаливания используются в переключателях лестничного освещения и в качестве ночника (преимущество: низкое энергопотребление при обычном сетевом напряжении от 120 до 240 вольт); Тестеры напряжения (напряжение срабатывания, слабый ток через человеческое тело, противоударный), машин (противоударный) и электроплит с 1960-х годов (жаростойкий).
Тепло, выделяемое тлеющим разрядом, используется для перемещения биметаллических листов : в обычном стартере для люминесцентной лампы и при оптическом моделировании мерцающего пламени свечи. При подаче питания на один из 10 электродов в форме цифр соответствующая цифра загорается на индикаторной трубке.
Тлеющий разряд может использоваться в спектрометрах для анализа материалов на элементы на поверхности образцов, а также может выборочно проникать на глубину до 0,15 мм. Тлеющий разряд - это способ генерации плазмы, чтобы влиять на полимеризацию реагентов или изменять поверхность пластика, например, чтобы сделать полиэтилен пригодным для печати.
Пространственная структура ступеней разряда
Двигаясь от катода к аноду , тлеющий разряд можно разделить на восемь последовательных слоев:
- Ближе всего к катоду находится темная комната Aston . Он довольно тонкий, но хорошо заметен, если в газоразрядной трубке есть благородные газы или водород.
- За этим следует тонкая красноватая световая пленка, которую называют первым катодным слоем или пленкой катодного свечения .
- Далее следует более слабая зона, которая называется темной комнатой Хитторфа или Крукса или катодной темной комнатой .
- Самая яркая часть процесса разряда - это свет отрицательного свечения , который четко отделяется от темной комнаты Hittorf и становится слабее по направлению к другой стороне. Большое падение напряжения между катодом и началом светящегося света называется катодным падением . Это падение напряжения является результатом ионизации частиц газа. Возникающие в результате положительные ионы (они «медленно» дрейфуют к катоду) ответственны за сильное падение напряжения (= катодное падение) между катодом и отрицательным светящимся светом. Большая инерция (масса!) Положительных ионов создает избыток носителей положительного заряда. Напряженность поля между светом отрицательного свечения и анодом уменьшается. Таким образом, электроны ускоряются менее сильно и их способность к ионизации снижается. В этой области имеется отрицательный объемный заряд.
- Следующая зона без света называется темной комнатой Фарадея .
- Далее следует положительный столбик , который, в зависимости от давления и наполнения газом, выглядит как свисающая светлая полоса или в виде отдельных слоев.
- Свет анодного свечения возникает вблизи анода .
- Анодная темная комната расположена непосредственно у анода .
характеристики
1) Зависимый разряд: когда носители заряда ударяются о противоположно заряженный электрод, они нейтрализуются. Для стабильного перетока электричества необходимо постоянное производство новых носителей заряда. В случае зависимой разгрузки это производство происходит извне - в отличие от независимой разгрузки, при которой производство z. Например, при ударной ионизации происходит
2) тлеющий разряд
3) дуговый разряд
В отличие от других форм газового разряда, температура электродов и стенок в тлеющем разряде остается низкой, поскольку выделяется лишь небольшое количество тепла из-за низкой плотности тока и связанного с этим воздействия носителей заряда.
Из-за низкого давления газа, типичного для тлеющих разрядов, длина свободного пробега электронов больше, чем у атмосферных разрядов. Это уменьшает обмен энергией между электронами и более тяжелыми частицами газа (атомами, молекулами и ионами ) во время тлеющих разрядов , поскольку количество столкновений частиц уменьшается. Таким образом, температуры отдельных компонентов газа значительно отличаются друг от друга. Если среднюю энергию электронов преобразовать в температуру, то получится температура от 10 3 до 10 5 К. С другой стороны, температура ионов и нейтральных частиц остается близкой к комнатной. В этом случае говорят о нетепловой плазме .
Свет отрицательного свечения и описанное выше расслоение положительного столба возникают за счет ускорения электронов между отдельными слоями до тех пор, пока они не накопят энергию, необходимую для возбуждения газа. На катоде электроны высвобождаются в результате термоэмиссии или как вторичные электроны ионами или фотонами и ускоряются электрическим полем. Пока их энергия остается ниже энергии возбуждения газа, столкновения между электронами и нейтральными частицами газа по существу упругие. В случае упругого столкновения двух тел с очень разными массами кинетическая энергия более легкого партнера по столкновению (в данном случае электрона) почти сохраняется. Если энергия электронов из-за ускорения в поле настолько велика, что достигается энергия возбуждения газа, частицы газа возбуждаются, и электроны возбуждения теряют большую часть своей кинетической энергии ( неупругое столкновение ). Возбужденные частицы газа теряют возбужденное состояние из-за оптического излучения. Таким образом, первый люминесцентный слой - это область, где электроны впервые накопили энергию возбуждения, необходимую для данного типа газа, из-за ускорения в электрическом поле. Замедленные электроны снова ускоряются из этой области электрическим полем до тех пор, пока они снова не теряют свою энергию из-за возбуждения частиц газа. Благодаря этому механизму создаются различные светящиеся слои.
Форма положительного столба зависит от взаимодействия электронов со стеклянной трубкой. Стеклянная трубка замедляет движение электронов, что увеличивает скорость их рекомбинации и снижает концентрацию электронов. Это дает оставшимся электронам достаточно энергии для ионизации большего количества атомов. Если диаметр трубки слишком велик относительно электродов, положительный столбик не образуется. По этой причине нет сферических люминесцентных ламп . Трубки меньшего диаметра позволяют использовать более высокое давление газа и меньшую длину при том же рабочем напряжении.
Четкое проявление светящихся слоев возможно только при наличии четко определенных состояний возбуждения в газе. По этой причине газовые смеси не следует использовать для наблюдения явления в эксперименте, а газ должен иметь простую структуру электрического возбуждения, например Б. относится к благородным газам .
литература
- Герхард Франц: Плазма низкого давления и технология микроструктурирования. Springer, Berlin et al.2009, ISBN 978-3-540-85849-2 ( предварительный просмотр ).
- Хорст Штёкер (ред.): Карманный справочник по физике. Формулы, таблицы, обзоры. 4-е исправленное издание. Verlag Harry Deutsch, Thun et al.2000 , ISBN 3-8171-1628-4 .
- Вольфганг Демтредер: Экспериментальная физика 2: Электричество и оптика. Springer, Берлин, 2009 г., ISBN 978-3-540-68210-3 .
веб ссылки
- Рукопись лекции ( Memento от 31 марта 2010 г. в Интернет-архиве ) (глава 4.2 о тлеющем разряде, pdf; 3,6 МБ - www.ieap.uni-kiel.de)
Смотри тоже
Индивидуальные доказательства
- ↑ Анализ тонких и толстых слоев с помощью импульсных радиочастотных спектрометров тлеющего разряда (RF GDOES) horiba.com, (c) 1996–2017, по состоянию на 26 октября 2017 г.
- ↑ Joachim Klotzbücher: Исследования долгосрочной устойчивости плазмы активированные пластиковых поверхностей ( Memento из в оригинале с 30 июня 2012 года в интернет - архив ) Информация: архив ссылка была вставлена автоматически и еще не была проверена. Проверьте исходную и архивную ссылку в соответствии с инструкциями, а затем удалите это уведомление. Дипломная работа, Университет Аален, 20 октября 2007 г., по состоянию на 26 октября 2017 г.
