Plazma Úvod Elementární procesy Diagnostika plazmatu Výboje Kosmické plazma Aplikace Termonukleární fúze Problémy Využití laserů Současnost a budoucnost Experimenty Laboratoř elementárních procesů Laboratoř procesů ve výboji Laboratoř plazmové chemie Laboratoř nabíjení prachu Rejstřík Autoři

Elektrický proud v plynech

Historie

Výzkum a využití plazmatu má kořeny již v 19. století. Významného pokroku se dočkala také diagnostika plazmatu díky studiím pánů Langmuira, Tonkse a jejich spolupracovníků ve dvacátých letech dvacátého století. Jejich výzkum byl podnícen potřebou vyvinout trubice, které by při nízkém tlaku mohly vést velké proudy a musely tedy být naplněny ionizovaným plynem. Zkoumali slabě ionizované doutnavé výboje a jejich kladné sloupce s typickými hodnotami kT_elektronů ≅ 2 eV a koncentrací n z intervalu 10¹⁴ až 10¹⁸ m^-3. Zde byl objeven jev – stěnová vrstva obklopující elektrodu je přímo vidět jako tmavá vrstvička.

Jak vzniká EV?

Elektrický výboj (EV) je jev vznikající při průchodu elektrického proudu plynem. Podmínkou vzniku výboje je:

existence volných nosičů náboje (elektronů a iontů) a
elektrická energie dodávaná do plynu. (Elektrickou energii lze do plynu ve výbojce dodávat různými způsoby. Mohou to být dvě elektrody, na kterých je stejnosměrné napětí. V případě koróny je jednou elektrodou kovový hrot, druhou země.)

Výboje můžeme dělit na základě různých kritérií: délky jeho trvání, tlaku, typu buzení, přítomnosti ionizačního činidla. Pokud je nutná přítomnost ionizátoru, mluvíme o nesamostatném elektrickém výboji – výboj zanikne, když ionizátor přestane působit. V opačném případě jde o samostatný elektrický výboj – výboj se udrží vlastní ionizací.

Jaké rozeznáváme EV?

Obloukový výboj je samostatný výboj mezi elektrodami, charakteristický vysokými proudy a teplotami (tisíce kelvinů). Probíhá nejčastěji za atmosférického tlaku a používá se při obloukovém sváření kovů, na tavení apod.
Jiskrový výboj je krátkodobý samostatný výboj, který vzniká při vysokém napětí mezi dvěma vodiči za atmosférického tlaku a je doprovázen zvukovými a světelnými efekty. Jiskra má podobu jasně svítících rozvětvujících se kanálků, ve kterých dochází k ionizaci při teplotě až 30 000 K. Nejznámějším jiskrovým výbojem je blesk, kterým se vyrovnává napětí (miliony voltů) mezi dvěma mraky nebo mezi mrakem a zemí.
Koróna je samostatný trsovitý výboj, který vzniká v silně nehomogenním elektrickém poli okolo drátů, hran a hrotů s vysokým potenciálem. Vzniká také za atmosférického tlaku. Způsobuje ztráty na vedení vysokého napětí, ruší rozhlas a televizi.
Doutnavý výboj je samostatný výboj s viditelnou složkou, který lze pozorovat ve výbojkách (výbojových trubicích) za snížených tlaků. Probíhá při malých proudech (řádově miliampéry), teplota výbojky i elektrod je nízká. Doutnavý výboj (v xenonových, sodíkových, rtuťových výbojkách, v zářivkách) je úsporným zdrojem světla. Světlo výbojek je při daném příkonu asi 5krát intenzivnější než světlo klasických žárovek. Ve rtuťových parách v křemenných trubicích je doutnavý výboj zdrojem UV záření.

Katodové záření

Katodové záření (paprsky) je tok elektronů emitovaných z katody výbojky při velmi nízkém tlaku (řádově 1 Pa a méně) a vysokém napětí na elektrodách (řádově 10 000 V). Při interakci tohoto záření s látkami se energie elektronů mění na jiné formy – mechanickou, vnitřní, energii elektromagnetického záření apod.

Využití EV v plynech

S výbojem v plynech se dnes setkáváme ve rtuťových usměrňovačích, vodíkových thyratronech, ignitronech (jednofázový usměrňovač s řídící mřížkou), jiskřičích, svařovacích obloucích, neonových trubicích a zářivkách, u blesku, nebo třeba při „čerpání“ plynných laserů.

Obrázky ze stránek http://www.atmos.umd.edu/~russ/ a http://fusma.snu.ac.kr/

<< Předchozí (Diagnostika plazmatu)

[Nahoru]