暗放電主要是非自持放電(但自持放電的某些區(qū)域中有暗放電存在)。關(guān)于暗放電的理論是英國(guó)物理學(xué)家J.S.湯生于1903年提出的,故這種放電也稱(chēng)為湯生放電。
物理描述
湯生理論的物理描述是:設(shè)外界催離素在陰極表面輻照出一個(gè)電子,這個(gè)電子向陽(yáng)極方向飛行,并與分子頻繁碰撞,其中一些碰撞可能導(dǎo)致分子的電離,得到一個(gè)正離子和一個(gè)電子。新電子和原有電子一起,在電場(chǎng)加速下繼續(xù)前進(jìn),又能引起分子的電離,電子數(shù)目便雪崩式地增長(zhǎng)。這稱(chēng)為電子繁流。
放電中產(chǎn)生的正離子最后都抵達(dá)陰極。正離子轟擊陰極表面時(shí),使陰極產(chǎn)生電子發(fā)射;這種離子轟擊產(chǎn)生的次級(jí)電子發(fā)射,稱(chēng)為r過(guò)程。r過(guò)程使放電出現(xiàn)新的特點(diǎn),這就是:r過(guò)程產(chǎn)生的次級(jí)電子也能參加繁流。如果同一時(shí)間內(nèi),由于r過(guò)程產(chǎn)生的電子數(shù),恰好等于飛抵陽(yáng)極的電子數(shù),放電就能自行維持而不依賴(lài)于外界電離源,這時(shí)就轉(zhuǎn)化為自持放電。
氣體的著火電壓取決于一系列因素。1889年,L.C.帕邢發(fā)現(xiàn),對(duì)于平行平板電極系統(tǒng),在其他條件相同時(shí),著火電壓是氣體壓力p與電極距離d乘積的函數(shù),通稱(chēng)為巴邢定律。圖3表示一些氣體的著火電壓與pd值的關(guān)系。由圖可見(jiàn),著火電壓有一最低值。在最低值右邊(右支),著火電壓隨pd的增大而提高,在其左邊(左支),則隨pd的減小而提高。在高電壓設(shè)備中,各電極間的距離須足夠大(即d值應(yīng)足夠大),有時(shí)還充以高壓強(qiáng)(即取大的p值)的絕緣氣體,以提高設(shè)備的耐壓,就是利用右支的特性。反之,在真空電容器一類(lèi)器件中,常將其內(nèi)部抽至良好的真空(即達(dá)到小的p值),以提高其耐壓,這是利用左支的特性。
簡(jiǎn)介
低壓氣體在著火之后一般都產(chǎn)生輝光放電。若電極是安裝在玻璃管內(nèi),在氣體壓力約為 100帕且所加電壓適中時(shí),放電就呈現(xiàn)出明暗相間的 8個(gè)區(qū)域。
①阿斯頓暗區(qū):它是陰極前面的很薄的一層暗區(qū),是F.W.阿斯頓于1968年在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的。在本區(qū)中,電子剛剛離開(kāi)陰極,飛行距離尚短,從電場(chǎng)得到的能量不足以激發(fā)氣體原子,因此沒(méi)有發(fā)光。
②陰極輝區(qū):緊接于阿斯頓暗區(qū),由于電子通過(guò)阿斯頓暗區(qū)后已具有足以激發(fā)原子的能量,在本區(qū)造成激發(fā)而形成的區(qū)域,當(dāng)激發(fā)態(tài)原子恢復(fù)為基態(tài)時(shí)就發(fā)光。
③陰極暗區(qū):又稱(chēng)克魯克斯暗區(qū)。抵達(dá)本區(qū)域的電子,能量較高,有利于電離而不利于激發(fā),因此發(fā)光微弱。
④負(fù)輝區(qū):緊鄰陰極暗區(qū),且與陰極暗區(qū)有明顯的分界。在分界線(xiàn)上發(fā)光最強(qiáng),后逐漸變?nèi)酰⑥D(zhuǎn)入暗區(qū),即后述的法拉第暗區(qū)。負(fù)輝區(qū)中的電子能量較為分散,既富于低能量的電子也富于高能量的電子。
⑤法拉第暗區(qū):負(fù)輝區(qū)到正柱區(qū)的過(guò)渡區(qū)域。在本區(qū)中,電子能量很低,不發(fā)生激發(fā)或電離,因此是暗區(qū)。
⑥正輝柱區(qū):與法拉第暗區(qū)有明顯的邊界,是電子在法拉第暗區(qū)中受到加速,具備了激發(fā)和電離的能力后在本區(qū)中激發(fā)電離原子形成的,因發(fā)光明亮故又稱(chēng)正輝柱。正輝柱區(qū)中電子、離子濃度很高(約1015~1016個(gè)/m3),且兩者的濃度相等,因此稱(chēng)為等離子體。正柱區(qū)具有良好的導(dǎo)電性能;但它對(duì)放電的自持來(lái)說(shuō),不是必要的區(qū)域。在短的放電管中,正柱區(qū)甚至消失;在長(zhǎng)的放電管中,它幾乎可以充滿(mǎn)整個(gè)管子。正柱區(qū)中軸向電場(chǎng)強(qiáng)度很小,因此遷移運(yùn)動(dòng)很弱,擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)(即亂向運(yùn)動(dòng))占優(yōu)勢(shì)。
⑦陽(yáng)極輝區(qū)和陽(yáng)極暗區(qū):只有在陽(yáng)極支取的電流大于等離子區(qū)能正常提供的電流時(shí)才出現(xiàn)。它們?cè)诜烹娭胁皇堑湫偷膮^(qū)域。 輝光放電各區(qū)域中最早被利用的是正柱區(qū)。正柱區(qū)的發(fā)光和長(zhǎng)度可無(wú)限延伸的性質(zhì)被利用于制作霓虹燈。作為指示用的氖管、數(shù)字顯示管,以及一些保護(hù)用的放電管,也是利用輝光放電。在氣體激光器中,毛細(xì)管放電的正柱區(qū)是獲得激光的基本條件。近代微電子技術(shù)中的等離子體涂覆、等離子體刻蝕,也是利用輝光放電過(guò)程。從正柱區(qū)的研究發(fā)展起來(lái)的等離子體物理,對(duì)核聚變、等離子體推進(jìn)、電磁流體發(fā)電等尖端科學(xué)技術(shù)有重要意義。輝光放電中的負(fù)輝區(qū),由于電子能量分布比正柱區(qū)的為寬,如今被成功地用于制作白光激光器。
輝光放電中,如果整個(gè)陰極已布滿(mǎn)輝光,再增大支取的電流,則出現(xiàn)異常輝光放電(圖1中 BE段)。此時(shí)陰極位降很大,且位降區(qū)的寬度減小。陰極位降大和電流密度大,會(huì)導(dǎo)致陰極材料的濺射。在放電器件中,濺射的吸氣作用降低器件內(nèi)氣體壓強(qiáng)并改變其氣體成分,而濺射形成的導(dǎo)電膜則降低電極間絕緣。陰極濺射現(xiàn)象也可用作材料涂覆的一種手段,這就是濺射鍍膜。
如將輝光放電的限流電阻減小,則放電電流增大,并轉(zhuǎn)入電弧放電(圖1中CDF段)。電弧放電的特點(diǎn)是電流密度大而極間電壓低,其自持依賴(lài)于新的電子發(fā)射機(jī)制,即熱發(fā)射和冷發(fā)射。熱發(fā)射是因正離子轟擊陰極出現(xiàn)局部高溫而產(chǎn)生的;冷發(fā)射則是因陰極表面存在局部強(qiáng)電場(chǎng)而引起的。前者稱(chēng)為熱電子電弧,后者稱(chēng)為冷陰極電弧。作為強(qiáng)光源的碳極電弧就是熱電子電弧;電力工業(yè)用的汞弧整流管則利用冷陰極電弧。 電弧放電的一個(gè)重要特點(diǎn)是陰極上有陰極輝點(diǎn)。熱電子電弧的輝點(diǎn)一般是固定不動(dòng)的;冷陰極電弧如汞弧整流管液汞表面上的輝點(diǎn)是跳躍移動(dòng)的。陰極輝點(diǎn)是電子發(fā)射的來(lái)源,其電流密度高達(dá)數(shù)百至數(shù)千安/厘米2。
電弧放電的伏安特性隨電極材料、氣體種類(lèi)、壓力而異。大氣中的碳極電弧呈現(xiàn)出典型的負(fù)阻特性,因此外電路中必須串有限流電阻,以穩(wěn)定電流。
電弧放電產(chǎn)生強(qiáng)烈的輻射,其強(qiáng)度隨氣體壓力和電流密度而增大。放電區(qū)中溫度最高點(diǎn)在一個(gè)大氣壓下約為4200K,在10個(gè)大氣壓下為6520K,在幾十或幾百大氣壓下達(dá)10000K。
碳極電弧是最早的強(qiáng)光光源。各種高氣壓放電燈如高氣壓汞燈、氙燈、鈉燈,是在管泡內(nèi)進(jìn)行電弧放電的光源。電弧焊接、電弧切割在工業(yè)上有廣泛應(yīng)用;電弧的高溫可作為電爐的熱源。
在氣壓較高而極間距離大時(shí),不易得到自持放電。但是,如果一個(gè)或兩個(gè)電極很尖(即曲率半徑很小),形成很強(qiáng)的局部電場(chǎng),則能導(dǎo)致氣體的強(qiáng)烈激發(fā)和電離,并出現(xiàn)發(fā)光的薄層,稱(chēng)電暈層;電暈層外的區(qū)域,電場(chǎng)不足以激發(fā)和電離,呈黑暗狀,稱(chēng)電暈外區(qū)。這種放電稱(chēng)電暈放電,是一種不完全擊穿的自持放電。負(fù)離子發(fā)生器就是電暈放電的一種應(yīng)用。
這是在電源電壓較高,足以擊穿氣體,但電源功率不夠大,不能維持持續(xù)放電時(shí)產(chǎn)生的一種放電。它仍然是一種自持放電,但瞬即熄滅,待電源電壓恢復(fù)后,又重新放電。放電時(shí)電極間有絲狀火花跳過(guò)電極空間,其路程則是隨機(jī)的。自然界中的雷電,是一種大范圍的火花放電,但在火花放電之前大多先出現(xiàn)電暈放電。
火花放電的過(guò)程比湯生放電還要迅速。關(guān)于這種放電的理論,較為成功的是條帶理論。這種理論認(rèn)為:在強(qiáng)電場(chǎng)作用下,由外界催離素所產(chǎn)生的某一個(gè)電子,向陽(yáng)極運(yùn)動(dòng)時(shí)將引起強(qiáng)烈的電離及激發(fā),并形成電子繁流。這種單個(gè)電子形成的繁流稱(chēng)為負(fù)條帶。形成負(fù)條帶的同時(shí),出現(xiàn)強(qiáng)烈的短波輻射,在空間引起光電離;光電離產(chǎn)生的光電子,又能發(fā)展成一些較小的負(fù)條帶。當(dāng)條帶較多時(shí),便匯成一個(gè)強(qiáng)大的負(fù)條帶,迅速向陽(yáng)極飛去。詳細(xì)的分析表明,還存在從陽(yáng)極飛往陰極的條帶,即正條帶。正負(fù)條帶造成兩電極間的導(dǎo)電通路,使強(qiáng)大的電流脈沖得以通過(guò)氣體,這就是火花放電的著火。
火花放電使電極材料受到嚴(yán)重的燒蝕,利用這一現(xiàn)象制成的電火花加工設(shè)備,能對(duì)金屬進(jìn)行切割、拋光等加工。火花放電時(shí),不僅擊穿氣體,還能擊穿其通路上的薄片絕緣材料,電火花打孔的加工技術(shù)就是利用這一現(xiàn)象的。依據(jù)火花放電現(xiàn)象制成的觸發(fā)管和火花放電器,常用于脈沖調(diào)制電路中。
通常,如果放電管電極的電極性改變,放電的方向也改變。但這僅是在頻率很低的情況下才如此。如50赫市電點(diǎn)燃熒光燈時(shí)就是這樣。但當(dāng)頻率提高時(shí),放電來(lái)不及熄滅,因而呈現(xiàn)為穩(wěn)定放電的形式:正輝柱位于兩電極中間,正輝柱兩邊均有法拉第暗區(qū),然后是兩個(gè)負(fù)輝區(qū)緊鄰兩個(gè)電極。這就是高頻放電。高頻放電中,帶電粒子來(lái)回運(yùn)動(dòng),損失的速度很慢,因此無(wú)需r過(guò)程也能維持放電,故可將電極移至管殼之外,僅借助電場(chǎng)就可在管內(nèi)引起放電。若將通有高頻電流的線(xiàn)圈套在管外,借助交變電磁場(chǎng)的作用也能激起高頻放電。
頻率在幾百兆赫至幾百吉赫的高頻放電,屬于微波氣體放電。依據(jù)微波放電原理制成的天線(xiàn)開(kāi)關(guān)管,廣泛應(yīng)用在雷達(dá)工程中。高頻放電離子源,是核物理、等離子體化學(xué)的重要研究工具。微波放電線(xiàn)光譜輻射源、連續(xù)光譜輻射源等,應(yīng)用于物理學(xué)、化學(xué)的研究工作中。在近代微電子技術(shù)中,利用高頻濺射的方法可避免靜電荷的影響。在可控核聚變研究中,微波放電可用作初始等離子體源,微波放電還可作為介質(zhì),用以研究波的傳播、轉(zhuǎn)化、吸收、等離子體穩(wěn)定性、擴(kuò)散、紊流等過(guò)程。
在脈沖電壓作用下引起的氣體放電,就是脈沖放電。脈沖放電視脈沖電源的具體型式分為單脈沖放電、重復(fù)脈沖放電和高頻脈沖放電等,高頻脈沖放電時(shí),通過(guò)氣體的脈沖電流的曲線(xiàn)是變幅高頻交流振蕩曲線(xiàn)的包絡(luò)線(xiàn)。 最簡(jiǎn)單的脈沖放電是由一電容儲(chǔ)能電路擊穿一個(gè)火花隙而得到的;放電裝置則串接在火花隙中,火花隙擊穿時(shí)裝置中亦就得到了脈沖放電。
脈沖形成階段
即火花隙間加上電壓,氣體電離及擊穿并使放電充滿(mǎn)整個(gè)裝置; 維持階段,此時(shí)電容器中的能量繼續(xù)通過(guò)放電通道,放電空間出現(xiàn)強(qiáng)烈的電離和激發(fā);
放電熄滅階段
即隨著電容器上電壓的降低,放電逐漸衰弱,最后不能自持時(shí),放電就自行熄滅。
脈沖放電時(shí)激發(fā)和電離很強(qiáng)烈,各種過(guò)程導(dǎo)致的輻射及粒子數(shù)反轉(zhuǎn)現(xiàn)象極其豐富,可用于制造各種脈沖氣體激光器。微波工程中的天線(xiàn)開(kāi)關(guān)管、作為固體激光器光泵用的脈沖氙燈、脈沖離子源和攝影用閃光燈,都是脈沖放電的應(yīng)用。
現(xiàn)象
荷能電子碰撞氣體分子時(shí),有時(shí)能導(dǎo)致原子外殼層電子由原來(lái)能級(jí)躍遷到較高能級(jí)。這個(gè)現(xiàn)象,稱(chēng)為激發(fā);被激發(fā)的原子,稱(chēng)為受激原子。要激發(fā)一個(gè)原子,使其從能級(jí)為E1的狀態(tài)躍遷到能級(jí)為Em的狀態(tài),就必須給予(Em-E1)的能量;這個(gè)能量所相應(yīng)的電位差設(shè)為eVe,則有eVe=Em-E1
電位Ve稱(chēng)為激發(fā)電位。實(shí)際上,即使電子能量等于或高于激發(fā)能量,碰撞未必都能引起激發(fā),而是僅有一部分能引起激發(fā)。引起激發(fā)的碰撞數(shù)與碰撞總數(shù)之比,稱(chēng)為碰撞幾率。
原因
受激發(fā)后的原子停留在激發(fā)狀態(tài)的時(shí)間很短暫(約為10-6秒),便從能量為Em的狀態(tài)回復(fù)到能量為E1的正常狀態(tài),并輻射出能量為hv(h為普朗克常數(shù);v為輻射頻率)的光量子。氣體放電時(shí)伴隨有發(fā)光現(xiàn)象,主要就是由于這個(gè)原因。 在某些情況下,受激原子不能以輻射光量子的形式自發(fā)回到正常狀態(tài),這時(shí)便稱(chēng)為處于亞穩(wěn)狀態(tài),處于亞穩(wěn)狀態(tài)的原子稱(chēng)為亞穩(wěn)原子。亞穩(wěn)原子可以借助兩種過(guò)程回復(fù)到正常狀態(tài):一是由電子再次碰撞或吸收相應(yīng)的光量子,升到更高的能級(jí),然后從這個(gè)能級(jí)輻射出光量子而回到常態(tài)。另一是通過(guò)與電子碰撞將能量轉(zhuǎn)化為電子的動(dòng)能,它本身回到常態(tài)。亞穩(wěn)原子的壽命約為10-4~10-2秒;由于它壽命較長(zhǎng),在放電中常常起重要的作用。
基態(tài)時(shí)
當(dāng)受激原子尚未回到基態(tài)時(shí),如受到電子的再次碰撞就可能轉(zhuǎn)入更高的激發(fā)態(tài)。這種由多次碰撞往高能級(jí)激發(fā)的現(xiàn)象稱(chēng)為累積(逐次)激發(fā)。
電子與原子碰撞時(shí),若電子能量足夠高,還會(huì)導(dǎo)致原子外殼層電子的脫落,使原子成為帶正電荷的離子。與激發(fā)的情況類(lèi)似,電子的動(dòng)能必須達(dá)到或大于某一數(shù)值eVi,碰撞才能導(dǎo)致電離。Vi稱(chēng)為電離電位,其大小視氣體種類(lèi)而定。同樣,即使能量高于電離能,碰撞也僅有一部分能引起電離。引起電離的碰撞次數(shù)與總碰撞次數(shù)之比,稱(chēng)為電離幾率。如果受激原子由于電子再次碰撞而電離、則稱(chēng)為累積(逐次)電離。
在氣體放電中還有一類(lèi)重要的電離過(guò)程,即亞穩(wěn)原子碰撞中性原子使后者電離的過(guò)程。這種過(guò)程只有在亞穩(wěn)原子的亞穩(wěn)電位高于中性原子的電離電位(如氖的亞穩(wěn)原子碰撞氬原子)時(shí)才可能出現(xiàn)。這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為潘寧效應(yīng)。潘寧效應(yīng)在亞穩(wěn)原子的激發(fā)能比較接近中性分子的電離能時(shí)最為顯著,因?yàn)榍罢邏勖^長(zhǎng),可以有更多的幾率與中性分子碰撞電離。
方式
如果將一切電離因素都去掉,則已電離的氣體,會(huì)逐漸恢復(fù)為中性氣體,這稱(chēng)為消電離。消電離的方式有三種:①電子先與中性原子結(jié)合成為負(fù)離子,然后負(fù)離子與正離子碰撞,復(fù)合成為兩個(gè)中性原子。②電子和正離子分別向器壁擴(kuò)散并附于其上,復(fù)合后變?yōu)橹行栽与x去。③電子與正離子直接復(fù)合。
在電場(chǎng)作用下,帶電粒子在氣體中運(yùn)動(dòng)時(shí),一方面沿電力線(xiàn)方向運(yùn)動(dòng),不斷獲得能量;一方面與氣體分子碰撞,作無(wú)規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng),不斷損失能量。經(jīng)若干次加速碰撞后,它們便達(dá)到等速運(yùn)動(dòng)狀態(tài),這時(shí)其平均速度u與電場(chǎng)強(qiáng)度E成正比 u=KE
系數(shù)K稱(chēng)為電子(離子)遷移率。對(duì)于離子,K是一個(gè)常數(shù);對(duì)于電子,它并不是一個(gè)常數(shù),而與電場(chǎng)強(qiáng)度E有關(guān)。
擴(kuò)散現(xiàn)象復(fù)雜
當(dāng)帶電粒子在氣體中的分布不均勻時(shí),就出現(xiàn)沿濃度遞減方向的運(yùn)動(dòng),這稱(chēng)為擴(kuò)散。帶電粒子的擴(kuò)散類(lèi)似于氣體的擴(kuò)散,也有自擴(kuò)散和互擴(kuò)散兩種。擴(kuò)散現(xiàn)象用擴(kuò)散系數(shù)來(lái)描述,它是帶電粒子擴(kuò)散能力的一種量度。 多種帶電粒子同時(shí)存在于氣體時(shí),擴(kuò)散現(xiàn)象變得復(fù)雜。其中特別重要的一種 情況是電子、正離子濃度相等(即等離子體)的情況,這時(shí)出現(xiàn)所謂雙極性擴(kuò)散。這是兩種異號(hào)帶電粒子相互牽制的擴(kuò)散,其基本特征是:電子由于質(zhì)量小、擴(kuò)散得較快;離子由于質(zhì)量大,擴(kuò)散得較慢。結(jié)果電子走在前方,于是兩種電荷間出現(xiàn)一個(gè)電場(chǎng)(約束電場(chǎng)),這電場(chǎng)牽引正離子使它跟上去。兩種帶電粒子的擴(kuò)散速率始終一致,但電子總是在前方,離子則在其后。
電子運(yùn)動(dòng)速度快
在管壁附近,雙極性擴(kuò)散受到管壁的影響。此時(shí),電子運(yùn)動(dòng)速度快,先附于管壁,使管壁帶負(fù)電位。負(fù)電位阻止后來(lái)電子的抵達(dá),但吸引正離子,在其附近形成正電荷鞘層。在鞘層中,電子的濃度隨著接近管壁而遞減,最終自動(dòng)調(diào)整到每秒飛上管壁的電子數(shù)恰好等于飛上的正離子數(shù)。
氣體放電的重要形式 最早研究的氣體放電形式是低氣壓(1~100帕)直流放電,即在氣體中置入兩個(gè)電極,通以直流電壓而得到的放電。為使電流不致過(guò)大,回路中串聯(lián)一個(gè)電阻(即限流電阻)。若將電源電壓逐漸提高,通過(guò)氣體的電流就隨之增大。當(dāng)極間電壓提高到us時(shí),電流突然急劇增加,放電變?yōu)槊髁恋男问剑@稱(chēng)為著火,也稱(chēng)為擊穿。著火之后,放電轉(zhuǎn)入自持放電,在開(kāi)始一段(SB段)為正常輝光放電,極間電壓比著火前低,且其數(shù)值不隨電流增大而變化,呈現(xiàn)恒電壓特性。當(dāng)電流增大到某一數(shù)值(B點(diǎn))時(shí),極間電壓又隨電流而增大,這一段(BE段)屬異常輝光放電。電流增大到E點(diǎn)時(shí)就轉(zhuǎn)入電弧放電,此時(shí)極間電壓將隨電流增大而下降,呈現(xiàn)出負(fù)阻特性(ECDF段)。
氣體放電的著火是一種突變現(xiàn)象。閘流管、計(jì)數(shù)管、氣體放電開(kāi)關(guān)管等器件便利用這種突變特性。利用正常輝光放電的恒電壓特性即可制成氣體放電穩(wěn)壓管。
干燥氣體通常是良好的絕緣體,但當(dāng)氣體中存在自由帶電粒子時(shí),它就變?yōu)殡姷膶?dǎo)體。這時(shí)如在氣體中安置兩個(gè)電極并加上電壓,就有電流通過(guò)氣體,這個(gè)現(xiàn)象稱(chēng)為氣體放電。依氣體壓力、施加電壓、電極形狀、電源頻率的不同,氣體放電有多種多樣的形式。主要的形式有暗放電、輝光放電、電弧放電、電暈放電、火花放電、高頻放電等。20世紀(jì)70年代以來(lái)激光導(dǎo)引放電、電子束維持放電等新的放電形式,也日益受到人們的重視。
氣體放電的基本物理過(guò)程 氣體放電總的過(guò)程由一些基本過(guò)程構(gòu)成,這些基本過(guò)程是:激發(fā)、電離、消電離、遷移、擴(kuò)散等。基本過(guò)程的相互制約決定放電的具體形式和性狀。
一定的電壓使氣體電離,從而放電
由氣體、金屬蒸氣或幾種氣體與金屬蒸氣的混合放電而發(fā)光的燈。 通過(guò)氣體放電將電能轉(zhuǎn)換為光的一種電光源。氣體放電的種類(lèi)很多,用得較多的是輝光放電和弧光放電(見(jiàn)電弧放電)。輝光放電一般用于霓虹燈和指示...
①放電燈接入工作電路后產(chǎn)生穩(wěn)定的自持放電,由陰極發(fā)射的電子被外電場(chǎng)加速,電能轉(zhuǎn)化為自由電子的動(dòng)能;②快速運(yùn)動(dòng)的電子與氣體原子碰撞,氣體原子被激發(fā),自由電子的動(dòng)能又轉(zhuǎn)化為氣體原子的內(nèi)能;③受激氣體原子從...
(1)放電時(shí)具有強(qiáng)烈的可見(jiàn)輻射和非可見(jiàn)輻射
根據(jù)這一特點(diǎn),已經(jīng)研制成功電弧燈、霓虹燈、指示燈、熒光燈、氙燈和鹵素放電燈等,廣泛用于照明及電信號(hào)指示等。
(2)氣體放電產(chǎn)生的電離氣體具有良好的化學(xué)活性
化學(xué)反應(yīng)實(shí)際上是以電子和離子的結(jié)合或交換等方式實(shí)現(xiàn)的。氣體電離后形成電子和離子,適當(dāng)控制反應(yīng)條件可以實(shí)現(xiàn)一般情況下難以實(shí)現(xiàn)的化學(xué)反應(yīng),如許多難以實(shí)現(xiàn)的有機(jī)化學(xué)反應(yīng)可在電離氣體中進(jìn)行。實(shí)際上,熱核聚變反應(yīng)是將氘電離后,由氘核之間進(jìn)行聚合而實(shí)現(xiàn)的。
(3)氣體放電具有良好的電子學(xué)特性
氣體放電的電子學(xué)特性主要有:A.明顯的開(kāi)關(guān)特性,已利用這種特性作成閘流管和整流管;B.具有穩(wěn)壓特性,可作成放電穩(wěn)壓管;C.其有負(fù)阻特性,可作成張弛振蕩器。
(4)已電離氣體具有良好的導(dǎo)電性,可作為優(yōu)良的流動(dòng)導(dǎo)體
利用這一特性已實(shí)現(xiàn)磁流體發(fā)電。
(5)氣體放電可以使物質(zhì)產(chǎn)生濺射現(xiàn)象
利用這種現(xiàn)象已實(shí)現(xiàn)濺射鍍膜,已研制成功濺射式抽氣泵,用于真空技術(shù)。2100433B
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第一次作業(yè) 總結(jié)緊湊型熒光燈的以下特性: 增加單位弧長(zhǎng)輻射功率的原理 ,常用的管徑,分類(lèi),采用的玻璃管材料、熒光 粉類(lèi)型和其他涂敷技術(shù),控制燈中汞蒸氣壓的具體方法,基本的應(yīng)用場(chǎng)合。 答: (1)通過(guò)縮小管徑 ,提高燈的 E 值來(lái)增加單位弧長(zhǎng)輻射功 率。 (2)傳統(tǒng)的緊湊型熒光燈, 小功率管徑為 12 mm,中大功率為 17 mm,現(xiàn)在 (為適應(yīng)對(duì)燈體積進(jìn)一步小型化的要求)常用管徑減小到 9 mm和 7 mm。 (3)分為燈管和鎮(zhèn)流器分開(kāi)的 非一體化緊湊型熒光燈,以及燈管和鎮(zhèn)流器裝在 一起的一體化緊湊型熒光燈。 ( 4)往往采用低鈉無(wú)鉛玻璃,管壁負(fù)載較高的燈中還需涂敷保護(hù)膜。采用 稀土三帶熒光粉,為降低成本可采用雙涂層技術(shù),為改善光維持性能可采用 熒光粉包膜技術(shù)等。 (5)控制汞蒸氣壓的方法分為 控制冷端溫度和使用汞齊兩種方法。在緊湊型熒光 燈中,通過(guò)接橋的高度來(lái)控制汞蒸氣壓是最常用的技術(shù)。
干燥氣體通常是良好的絕緣體,但當(dāng)氣體中存在自由帶電粒子時(shí),它就變?yōu)殡姷膶?dǎo)體。這時(shí)如在氣體中安置兩個(gè)電極并加上電壓,就有電流通過(guò)氣體,這個(gè)現(xiàn)象稱(chēng)為氣體放電。依氣體壓力、施加電壓、電極形狀、電源頻率的不同,氣體放電有多種多樣的形式。
氣體放電燈可分為:
1、低氣壓放電燈:熒光燈(低壓汞燈)、低壓鈉燈、無(wú)極燈
2、高強(qiáng)度氣體放電燈:熒光高壓汞燈、高壓鈉燈、金屬鹵化物燈、陶瓷金屬鹵化物燈
其中熒光燈是應(yīng)該最廣泛、用量最大的氣體放電光源。它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、光效高、發(fā)光柔和、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。熒光燈的發(fā)光效率是白熾燈的4-5倍,壽命是白熾燈的3-8倍,是高效節(jié)能光源。
高強(qiáng)度氣體放電燈:由于管壁溫度而建立發(fā)光電弧,其發(fā)光管表面負(fù)載超過(guò)3W/cm2 的放電燈。如高壓汞燈、高壓鈉燈、金屬鹵化物燈等。
其中,金屬鹵化物燈是在高壓汞燈和鹵鎢燈工作原理的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的新型高效光源,其基本原理是將多種金屬鹵化物的方式加入到高壓汞燈的電弧管中,使這些金屬原子像汞一樣電子、發(fā)光。充入不同的金屬鹵化物,可以制成不同特性的光源。
氣體放電燈是由氣體、金屬蒸氣或幾種氣體與金屬蒸氣的混合放電而發(fā)光的燈。 通過(guò)氣體放電將電能轉(zhuǎn)換為光的一種電光源。氣體放電的種類(lèi)很多,用得較多的是輝光放電和弧光放電(見(jiàn)電弧放電)。輝光放電一般用于霓虹燈和指示燈。弧光放電可有很強(qiáng)的光輸出,照明光源都采用弧光放電。熒光燈、高壓汞燈、鈉燈和金屬鹵化物燈是應(yīng)用最多的照明用氣體放電燈。