Название: Исследование тлеющего разряда - (автор неизвестен)

Жанр: Технические

Просмотров: 1093


Описание экспериментальной установки.

Схема экспериментальной установки (рис.9) содержит газоразрядную трубку L, источник высокого постоянного напряжения (ВСВ), балластное сопротивление Rδ для регулировки тока в цепи Ip. и приборы для измерения параметров разряда. Питается разряд от стабилизированного высоковольтного выпрямителя – ВВС-1, обеспечивающего напряжение Uвх до2,5кВ и ток до 10mA.

 

Рис.9. Схема включения газоразрядного прибора

в электрическую цепь

 

Трубка L – это газоразрядный прибор с холодным неподвижным катодом и подвижным анодом. Анод перемещается вдоль оси прибора с помощью постоянного магнита рис.10.  

 

Рис.10. Схема газоразрядной трубки.

 

Задание и методика выполнения работы

Изучить настоящее описание, инструкции к приборам и схемы экспериментального стенда.

Подключить в схему прибор L. Rб поставить в произвольное среднее положение; пределы приборов – наибольшие диапазоны (Uвх, Up=2,5 kB; Ip=10 mA). Магнитом М установить анод прибора L на расстоянии 15-18 см от катода. Зажечь разряд в приборе.

При работе с магнитом необходимо соблюдать следующие правила: не касаться магнитом токоведущих участков схемы; оберегать прибор от ударов; при движении магнит только скользит по поверхности прибора.

Зарисовать внешний вид разряда для 3-х положений анода (по указанию преподавателя).

Снять вольт - амперную характеристику газового разряда нескольких расстояниях (по указанию преподавателя) между электродами Uр=f(Ip).

Снятие ВАХ производится следующим образом:

-при помощи магнита установить нужное расстояние между электродами;

-сопротивление Rб поставить в максимальное положение;

-включить ВВС - 1, напряжение Uвх должно быть постоянным и равным 2 кВ;

-зажечь разряд при Rбmax;

-изменяя ток Ip в цепи постепенно уменьшая Rб, снимать зависимость Up=f(Ip);

-вернуть Rб в положение Rбmax, установить новое расстояние между анодом и катодом и повторить снятие ВАХ разряда.

По ВАХ тлеющего разряда, полученных в п.4 настоящего задания, определить области нормального и аномального тлеющего разряда.

Снять зависимость напряжения горения разряда от расстояния между анодом и катодом для нормального и аномального разрядов при постоянном токе разряда (рис.5) Up=f(d) при Ip1; Ip2; Ip3.

Зависимость Up=f(d) получают следующим образом:

-установить в цепи сопротивление Rб, соответствующее определенному виду разряда (нормальному или аномальному);

-зажечь разряд при раздвинутых электродах d~15см, зафиксировать Ip;

-постепенно уменьшая расстояние между электродами, получить кривые Up=f(d) - ожидаемый характер кривых представлен на рис.5, а, б;

-повторить снятие зависимостей при других значениях Ip.

Определить протяженности катодных областей нормального и аномального разрядов и величины нормального Ukн и аномального Uка катодных падений потенциалов (по данным п.7). Построить зависимости Uкн=f(Ip), Uка=f(Ip), dкн=f(Ip).

Произвести экспериментальную проверку закона Пашена, для чего снять зависимость потенциала зажигания разряда от расстояния между электродами Uз=f(d) при P=const.

                Перед началом измерений необходимо проверить что напряжение, подаваемое в схему питания прибора от выпрямителя ВВС-1, снято (ручки «грубой» и «плавной» регулировки выведены при включенном тумблере «сеть»). Поставить «грубую» регулировку на первый диапазон, а «плавной» медленно вводить напряжение Uвх и следить за показаниями приборов Up и Ip – в момент зажигания разряда произойдут скачки напряжения и тока (Up – уменьшится, Iр – увеличится, см. рис.11). Наибольшее значение напряжения Up равно напряжению зажигания.

Рис.11. Зависимость падения напря-                  Рис.12. Кривая Пашена:

жения в разряде от величины тока.                                                Uз=f(d) при Р=const.

 

Если на первом диапазоне «грубой» регулировки разряд не загорится, то следует перейти на второй диапазон и т.д., пока не будет зажжен разряд.

Если переходная область от несамостоятельного к самостоятельному разряду получается плохо, необходимо изменить величину Rб.

 

Содержание отчета

Цель работы.

Схема экспериментальных исследований.

Внешний вид разряда при различных расстояниях между анодом и катодом.

ВАХ разряда при различных d с указанием областей, соответствующих нормальному и аномальному разрядам.

Зависимости напряжения горения разряда от расстояния между электродами - Up=f(d) при различных разрядных токах Ip.

Нормальное и аномальное катодные падения потенциала в разряде ( Uкн, Uка ) и их зависимость от тока разряда. Величина нормальной плотности тока jкн.

Размер катодной области dк и ее зависимость от вида разряда и величины разрядного тока.

Кривые Пашена (Uз=f(d) при Р=const.)

 

Контрольные вопросы

Какой разряд называют тлеющим? При каких давлениях газа в разрядных трубках возможен тлеющий разряд?

Вольт - амперная характеристика разряда постоянного тока. Область существования тлеющего разряда тлеющего разряда.

Какова структура тлеющего разряда? Какие процессы обеспечивают структуру разряда?

Нормальный и аномальный тлеющий разряд. В чем сходство и различие этих форм тлеющего разряда? Чем отличаются по внешнему виду нормальный и аномальный разряд?

Распределение потенциала и плотности пространственных зарядов по длине разрядной трубки.

Основные выводы теории катодного падения Энгеля и Штеенбека.

Что называется напряжением горения и напряжением зажигания разряда? Зависят ли эти параметры от расстояния между анодом и катодом?

Как определить величину катодного падения потенциала и протяженность катодной области?

Как изменится ВАХ тлеющего разряда, если поверхность катода увеличить или уменьшить примерно в 100 раз?

Лавинный пробой. Условия оптимального зажигания разряда.

Может ли тлеющий разряд существовать без анодных или катодных областей?

Изменится ли сечение разряда при изменении разрядного тока?

Почему тлеющий разряд отстоит от стенок прибора? В каком случае зазор будет выше – при нормальном или аномальном разряде?

Может ли тлеющий разряд перейти в дуговой?

 

Литература

 

Райзер Ю.П. Физика газового разряда. - М.: Наука, 1987.- 591с.

Грановский В.Л. Электрический ток в газе (установившийся ток). - М.: Наука, 1971.

 

Дополнительная литература:

Энгель А. Ионизованные газы / Под. ред.Иоффе М.С.- М.: Физматгиз, 1959

Браун С. Элементарные процессы в плазме газового разряда / Под. ред Франк- Каменецкого Д.А.- М.: Атомиздат, 1961.

Велихов Е.П., Ковалев А.С, Рахимов А.Т. Физические явления в газоразрядной плазме. - М.: Наука, 1987

Гапонов В.И. Электроника. Ч.1 - М.,ФМ, 1960

Радиофизическая электроника /под. ред. Н.А. Капцова. - М.: МГУ, 1960