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弧光放电的定义和特点

浏览:590 发表时间:2019-05-10 09:42:01

弧光放电的定义和特点

定义:

弧光放电是指呈现弧状白光并产生高温的气体放电现象。无论在稀薄气体、金属蒸气或大气中,当电源功率较大,能提供足够大的电流(几安到几十安),使气体击穿,发出强烈光辉,产生高温(几千到上万度),这种气体自持放电的形式就是弧光放电。弧光放电应用广泛。可用作强光光源,在光谱分析中用作激发元素光谱的光源,在工业上用于冶炼、焊接和高熔点金属的切割,在医学上用作紫外线源(汞弧灯),等等。但是大电流电路开关断开时产生的弧火极其有害,应采取灭弧措施。

特点

1.存在明暗相间的发光区

若使放电管工作于弧光放电状态,可以发现在放电管的阴极和阳极间形成八个明暗相间的放电压。分别是属于阴极位降区的阿斯登暗区、阴极辉区、阴极暗区,属于过渡区的负辉区、法拉弟暗区、正柱区和属于阳极位降区的阳极暗区、阳极辉区。这和辉光放电相同,但这些区域的几何尺寸、电位梯度、发光亮度与辉光放电有很大差别。

2.具有近似于线性的极间电位分布

弧光放电的工作电流通常很大,大部分的弧光放电通过阴极热发射产生初始电子,所以阴极位降区很短,阴极位降电压很低,不到辉光放电阴极位降的十分之一。正柱区的电位降占了弧光放电管压降的大部分。

3.热阴极弧光放电管的阳极和工作气体被加热到很高的温度,阴极被加热到热电子发射温度。

4.弧光放电的正柱区为等温等离子体、放电气体的温度可高达10000K,高气压弧光放电的正柱区收缩成一条细线,集中在管轴附近。具有明显的边界,放电正柱截面只占放电管横截面的一部分,径向温度梯度可达每毫米几千度。增加放电电流时几乎不增加放电细线的直径,只增加电流密度,同时增加了发光亮度。所以增加放电管的直径不影响弧光放电状态,有别于辉光放电。弧光放电正柱中以热电离为主要形式,电子和分子碰撞电离降为次要作用。

5.弧光放电除产生原子光谱辐射外还产生连续光谱,具有很高的发光效率。

6.常规弧光放电具有负的伏安特性。这是因为弧光放电管电流较小时,大部分的气体原子处于基态,只有很少一部分处于激发态,碰撞电离主要由电子轰击基态原子形成,与电流强度成一次方的正比关系。随着弧光放电电流的增大,气体温度上升,激发态原子随之增加。除了热电离外,碰撞引起的激发态原子的逐次电离起的作用也越来越重要。由于逐次电离是一种两次过程,发生电离的次数正比于电流的平方。所以弧光放电管总的电离总数正比于电流的几次方,其中1

但是带电粒子的复合通常正比于放电电流,即一次方关系。这样,当弧光放电电流增加时,假如管压降不变,那么产生的带电粒子数会超过损失数,为了维持放电平衡,必需减少电离几率,即减小放电管的轴向电场强度,形成了常规弧光放电的负伏安特性,有时被称为弧光放电的负阻特性。

7.当弧光放电管的正柱区长度和放电电流适当时,可形成正伏安特性的弧光放电

8.在低气压和高气压下都可形成弧光放电[2]


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