O descărcare de gaz este un set de procese care au loc atunci când un curent electric trece prin gaze. De obicei, curgerea unui curent apreciabil devine posibilă numai după ionizarea suficientă a gazului și formarea unei plasme .
Ionizarea poate apărea, în special, ca urmare a ciocnirilor de electroni , accelerați într- un câmp electric , cu atomii sau moleculele unui gaz. În acest caz, are loc o multiplicare avalanșă a numărului de particule încărcate, deoarece în procesul de ionizare prin impact se formează noi electroni, care, după accelerare, încep să participe și la coliziuni cu atomii, provocând ionizarea lor.
O altă cauză posibilă a ionizării gazului poate fi un câmp electric ridicat (descărcare prin scânteie) sau o temperatură ridicată (descărcare cu arc). Pentru apariția și menținerea unei descărcări gazoase stabile, este necesar un câmp electric , deoarece o plasmă rece există dacă electronii dobândesc energie într-un câmp extern suficient pentru a ioniza atomii, iar numărul de ioni nou formați depășește numărul de ioni recombinați .
Dacă ionizarea suplimentară este necesară pentru existența unei descărcări de gaz datorate surselor externe (de exemplu, folosind radiații ionizante ), atunci descărcarea de gaz se numește neauto-susținut (astfel de descărcări sunt utilizate în contoarele Geiger ).
Pentru implementarea descărcării gazoase se utilizează atât o constantă în timp, cât și un câmp electric alternativ.
Când un gaz se descarcă, apare un vânt electric, adică mișcarea gazului cauzată de antrenarea moleculelor de gaz de către ioni. Cel mai simplu mod de a detecta vântul electric atunci când este descărcat din vârf în aer la presiune normală [1] . Acest vânt poate provoca devierea unei benzi de hârtie, a flăcării unei lumânări, a unui fir de fum etc.
Precum și:
Descărcările pot fi împărțite în independente și neindependente.
O descărcare non-susținută este o descărcare care necesită un ionizator extern.
Autodescărcare - o descărcare care nu necesită un ionizator extern.
Clasificarea descărcărilor de gaze se bazează pe două caracteristici: starea gazului ionizat și domeniul de frecvență al câmpului aplicat.
După primul semn, ei disting:
După frecvența câmpului:
| gama de frecvente
câmp aplicat |
Starea gazului ionizat | ||
|---|---|---|---|
| Dărâma | Plasmă de neechilibru | plasma de echilibru | |
| Câmp electric constant și de joasă frecvență | Aprinderea unei descărcări luminoase într-un tub | Coloană de strălucire pozitivă | Coloană cu arc pozitiv de înaltă presiune |
| HF | Aprinderea unei descărcări RF în vase cu un gaz rarefiat | Descărcare capacitivă RF într-un gaz rarefiat | Lanternă cu plasmă cu inducție |
| cuptor cu microunde | Defalcare în ghiduri de undă și rezonatoare | Descărcări de microunde în gaze rarefiate | lanternă cu plasmă pentru microunde |
| Gama optică | Defalcarea gazelor prin radiație laser | Etapa finală a defecțiunii optice | Descărcare optică continuă |
Descărcările pot fi, de asemenea, clasificate în funcție de mecanismele de pierdere a energiei:
La presiuni scăzute (1 - 10 Torr) și o rezistență electrică mare a circuitului extern, care nu permite curgerea unui curent mare, se aprinde o descărcare strălucitoare . Se caracterizează prin curenți mici (10 -6 - 10 -1 A în tuburi cu raza de 1 cm) și tensiuni semnificative (100 - 1000 V). Temperatura electronului este de aproximativ 1 - 10 eV, temperatura ionilor este puțin mai mare decât temperatura ambiantă (300 K), adică plasma este dezechilibrată termodinamic.
La o presiune de ordinul atmosferei și a rezistenței scăzute a circuitului extern, o descărcare de arc se aprinde de obicei . Se caracterizează prin curenți mari (>1 A), tensiuni scăzute (zeci de volți). Temperaturile electronilor și ionilor sunt aproximativ egale cu 1 - 10 eV, adică plasma este în echilibru termodinamic.
La presiuni de ordinul atmosferei, distanța dintre electrozi > 10 cm și câmpuri mari aplicate, are loc o descărcare de scânteie . Defalcarea în acest caz este realizată de creșterea rapidă a canalului de plasmă de la un electrod la altul, urmată de închiderea circuitului de către un canal de scânteie puternic ionizat. Un exemplu este fulgerul .
În câmpuri foarte neomogene, insuficiente pentru a sparge întregul gol, apare o descărcare corona . Corona luminoasă apare la vârfuri, unde densitatea câmpului este mai mare.
Descărcările de gaze din unele gaze determină emisia de lumină vizibilă, al cărei spectru depinde de gazul utilizat.
| Gaz | Culoare | Note |
|---|---|---|
| Heliu | Alb-portocaliu; în anumite condiții poate avea o nuanță gri, verzui-albastru sau albastru | Folosit de artiști pentru iluminat special. |
| Neon | portocala rosie | Strălucire strălucitoare. Adesea folosit în panouri publicitare cu neon și lămpi cu neon |
| Argon | Albastru violet | Adesea folosit împreună cu evacuarea vaporilor de mercur |
| Krypton | Cenușiu mat-alb aproape. Poate fi verzui. În descărcări de înaltă tensiune, alb albăstrui strălucitor. | Folosit de artiști pentru iluminat special. |
| Xenon | Cenușiu sau cenușiu albăstrui alb mat, în descărcări de înaltă tensiune la curenți mari de vârf, verde albăstrui foarte strălucitor. | Folosit la lanterne cu xenon , lămpi indicatoare, lămpi cu arc cu xenon și de artiști pentru iluminatul de specialitate. |
| Radon | Culoare albastră [3] . | Nu poate fi utilizat din cauza lipsei de izotopi stabili. |
| Azot | Similar cu argonul, dimmer, cu o nuanță de roz. În descărcări de înaltă tensiune, albastru-alb strălucitor, mai alb decât argonul. | |
| Oxigen | Violet-violet pal, mai slab decât argonul. | |
| Hidrogen | Lavandă la descărcări de joasă tensiune, roșu roz la descărcări de peste 10 miliamperi. | |
| vapor de apă | Similar cu hidrogenul. Strălucire mai puțin strălucitoare | |
| dioxid de azot | Alb albăstrui slab, mai strălucitor decât xenonul în descărcări de joasă tensiune. | |
| Vaporii de mercur | Albastru deschis cu radiații ultraviolete intense | În combinație cu fosfor , este folosit pentru a produce lumină de diferite culori. Utilizat pe scară largă în lămpile cu descărcare cu mercur |
| Vaporii de sodiu | Galben deschis | Utilizat pe scară largă în lămpile stradale cu descărcare în gaz de sodiu |
Heliu
Neon
Argon
Krypton
Xenon
Problema simulării pe computer a proceselor care au loc într-o descărcare de gaz nu a fost pe deplin rezolvată. Există doar metode aproximative pentru a rezolva această problemă. Una dintre ele este aproximarea Fokker-Planck .
| Dispozitive de evacuare a gazelor | ||
|---|---|---|
| diode zener | ||
| Comutarea lămpilor | ||
| Indicatori | ||
| Descărcătoare |
| |
| Senzori |
| |
| Tipuri de evacuare a gazelor | ||
| Alte | ||