Несамостоятельная электропроводимость газов

Пусть некоторый ионизатор (рис. 169) создает в единицу времени в единице объема газа ∆n_i ионов каждого знака. При п_е = n_i = n — количество актов рекомбинации в единицу времени равно ∆n = ρ_e n². (14.14)

Когда количество заряженных частиц, образуемых внешним ионизатором в единице объема за единицу времени, будет полностью компенсироваться процессами рекомбинации, наступит динамическое равновесие между этими двумя процессами. Условие стационарности представится в виде:

∆n_i = ρ_e n². (14.15)

Отсюда концентрация свободных электрических зарядов, образующихся в газе между двумя электродами диода, равна

При подключении такого диода к источнику ЭДС (см. рис.169) под действием тангенциальной составляющей напряженности поля электромагнитной волны возникнет поляризация среды: положительные заряды устремятся к катоду, а отрицательные – к аноду. В диоде возникнет электрический ток. На длине свободного пробега электрические заряды приобретают энергию от электромагнитной волны. Если этой энергии не достаточно, чтобы произвести дополнительную ионизацию газа, то возникнет несамостоятельный электрический разряд. За время t будет перенесен заряд q = I·t, а число ионов одного знака, достигших пластин диода, равно I·t/e. Объем газа, заключенный между плоскими электродами, равен V = S·d. За единицу времени из всего объема будет уходить следующее число зарядов одного знака:

С учетом (14.17) условие стационарности по заряду (14.15) преобразуется и примет вид:

Рассмотрим два предельных случая.

1. Пусть, Обозначим скорость направленного движения

вдоль поля Е_э,τ положительных ионов через v₊, а отрицательных - через v_. Тогда плотность тока запишется так:

j = en (v₊ + v_-), (14.19)

так как в переносе зарядов принимают участие одновременно положительные и отрицательные ионы.

Скорости направленного движения при сравнительно слабых внешних электрических полях будут пропорциональны напряженности поля Е_э, т. е.

где и₊ и u_ - подвижности газовых ионов, численно равные скоростям ионов при напряженности электрического поля волны, составляющей единицу.

Значит, j = enE_э,τ (u₊ + u_-). (14.21)

Выражение (14.21) соответствует формуле (9.19), которая отражает закон Ома в дифференциальной форме. Следовательно, несамостоятельный разряд подчиняется закону Ома. Сравнивая (14.21) c (9.19), получаем следующее выражение для электропроводности для несамостоятельного разряда:

2. Пусть Тогда

или

В этом случае плотность тока не зависит от напряженности поля Е_э,τ и является максимально возможной, т.е. определяет ток насыщения. В этом случае закон Ома нарушается. Однако увеличение разности потенциалов между плоскими электродами может привести к пробою газа вследствие возникновения автоионизации вблизи электродов. Тогда ток резко возрастает (рис. 170) и возникает самостоятельная электрическая проводимость газов.

При горении теплозащитного покрытия в континуальном режиме обтекания происходит температурное разрушение теплозащиты и возникает мощная эмиссия отрицательных ионов угарного газа. Это приводит к образованию двойного электрического слоя в пограничном слое, в котором реализуются условия для протекания несамостоятельного электрического разряда без протекания электрического тока разряда1). Это приводит к тому, что:

1) увеличивается коэффициент поглощения для радиоволн;

2) возрастает концентрация электронов, а их температура становится выше температуры газа;

3) резко растет интенсивность нетемпературного неравновесного излучения пограничного слоя.

В технике несамостоятельный электрический разряд используется в разного рода электрофильтрах.

Поиск по сайту: