Содержание
ДУГОВОЙ РАЗРЯД • Большая российская энциклопедия
Авторы: В. Н. Колесников
ДУГОВО́Й РАЗРЯ́Д, самостоятельный квазистационарный электрич. разряд в газе, горящий практически при любых давлениях газа, превышающих 0,01–1 Па (10–4–10–2 мм рт. ст.), при постоянной или меняющейся с низкой частотой (до 103 Гц) разности потенциалов между электродами. Для Д. р. характерны высокая плотность тока на катоде (102–108 А/см2) и низкое катодное падение потенциала, не превышающее эффективный потенциал ионизации среды в разрядном промежутке. Впервые Д. р. между двумя угольными электродами в воздухе наблюдали в 1802 В. В. Петров и независимо от него в 1808 Г. Дэви. Светящийся токовый канал этого разряда при горизонтальном расположении электродов под действием конвективных потоков изогнут дугообразно, отсюда и названия – Д. р., электрич. дуга.
Для большинства Д. р. при большой плотности тока на катоде возникает малое очень яркое пятно, перемещающееся по всей поверхности катода. Темп-ра в пятне может достигать темп-ры кипения (или возгонки) материала катода. Значит. роль в механизме поддержания тока Д. р. играет термоэлектронная эмиссия. Над катодным пятном образуется слой положительного объёмного заряда, обеспечивающего ускорение эмитируемых электронов до энергий, достаточных для ударной ионизации атомов и молекул газа. Поскольку этот слой очень тонкий (меньше длины свободного пробега электрона), он создаёт высокую напряжённость поля у поверхности катода, особенно у микронеоднородностей, поэтому существенными оказываются и автоэлектронная эмиссия, и термоавтоэлектронная эмиссия. Высокая плотность тока и «перескоки» пятна с точки на точку создают условия для взрывной электронной эмиссии.
От зоны катодного падения потенциала до анода расположен т. н. положительный столб. На аноде обычно формируется яркое анодное пятно, в котором темп-ра поверхности почти такая же, как и в катодном. В некоторых видах Д. р. при токах в десятки ампер на катоде и аноде возникают факелы в виде плазменных струй, вылетающих с большой скоростью перпендикулярно поверхности электродов. При токах 100–300 А возникают добавочные факелы, образуя пучок плазменных струй. Нагретый до высокой темп-ры и ионизованный газ в столбе представляет собой плазму. Электропроводность плазмы может быть очень высокой, но обычно она на неск. порядков ниже электропроводности металлов.
При концентрации заряженных частиц более 1018 см–3 состояние плазмы иногда можно считать близким к равновесному. При меньших плотностях, вплоть до 1015 см–3, может возникнуть состояние локального термодинамич. равновесия (ЛТР), когда в каждой точке плазмы все статистич. распределения близки к равновесным при одном значении темп-ры, которая различна в разных точках. Исключение в этом случае составляет лишь излучение плазмы: оно далеко от равновесного и определяется составом плазмы и скоростями радиац. процессов. При ограниченных размерах столба Д. р. даже в плотной плазме на оси столба состояние ЛТР нарушается за счёт радиац. потерь. Это выражается в сильном отклонении состава плазмы и населённостей возбуждённых уровней от их равновесных значений. Кинетика плазмы в столбе Д. р. при высоких плотностях определяется в осн. процессами соударений, а по мере снижения плотности (удаления от оси) всё большую роль играют радиац. процессы.
Диаметр столба Д. р. определяется условиями баланса возникающей и теряемой энергии. С ростом тока или давления меняются механизмы потерь, обусловленные теплопроводностью газа, амбиполярной диффузией, радиац. процессами и др. При таких сменах может происходить самосжатие (контракция) столба (см. Контрагированный разряд).
В зависимости от условий горения Д. р. его параметры меняются в широких пределах. Классич. пример Д. р. – разряд постоянного тока, свободно горящий в воздухе между угольными электродами. Его типичные параметры: ток от 1 А до сотен ампер, расстояние между электродами от миллиметров до нескольких сантиметров, темп-ра плазмы ок. 7000 К, темп-ра анодного пятна ок. 3900 К.
Д. р. применяется как лабораторный источник света и в технике (дуговые угольные лампы). Д. р. с угольным анодом, просверлённым и заполненным исследуемыми веществами, используется в спектральном анализе руд, минералов, солей и т. п. Д. р. применяется в плазмотронах, дуговых печах для выплавки металлов, при электросварке, в разл. электронных и осветит. приборах. Т. н. вакуумная дуга, которая зажигается в вакууме и горит в парáх металла, испарившегося с катода, используется в вакуумных высоковольтных выключателях.
7.3.3.4. Дуговой разряд
Если
после получения искрового разряда от
мощного источника постепенно уменьшать
расстояние между электродами (или
сопротивление внешней цепи), то разряд
из прерывистого становится непрерывным.
Возникает новая форма газового разряда,
называемая дуговым разрядом. При этом
ток резко увеличивается, достигая
десятков и сотен ампер, а напряжение
на разрядном промежутке падает до
нескольких десятков вольт.
Дуговой
разряд можно получить от источников
низкого напряжения, минуя стадию искры.
Для этого электроды сближают до
соприкосновения, в результате они
сильно нагреваются (раскаляются)
электрическим током, после чего их
разводят, получая при этом яркую
электрическую дугу. Именно таким путем
электрическая дуга была впервые получена
в 1802 г. русским физиком В.В. Петровым.
В
настоящее время электрическая дуга,
горящая при атмосферном давлении, чаще
всего получается между специальными
угольными электродами, изготовленными
из прессованного графита со связывающими
веществами (рис. 7.13).
Согласно
В.Ф. Миткевичу, дуговой разряд
поддерживается главным образом за счет
термоэлектронной эмиссии с поверхности
катода. Подтверждением этой точки
зрения может служить установленный на
опыте факт, что во многих случаях
устойчивая дуга получается только при
условии, что температура катода
достаточно высока. При охлаждении
катода дуга горит неустойчиво,
периодически гаснет и снова зажигается.
Охлаждение же анода не вызывает нарушения
устойчивого режима горения дуги.
С
возрастанием разрядного тока сопротивление
дуги R
сильно уменьшается из-за увеличения
термоэлектронной эмиссии с катода и
ионизации газа в разрядном промежутке.
При этом сопротивление убывает сильнее,
чем возрастает ток. Вследствие этого
с увеличением тока напряжение на
разрядном промежутке не возрастает, а
убывает. Говорят, что дуга имеет падающую
вольтамперную характеристику, т.е.
такую характеристику, когда напряжение
на разрядном промежутке уменьшается
с возрастанием тока. Поэтому для
поддержания устойчивого горения дуги
при случайных изменениях тока, например
вследствие охлаждения катода, напряжение
на электродах дуги должно быть повышено.
С этой целью в цепь дуги включают
последовательно балластное сопротивление.
При случайном уменьшении тока напряжение
на балластном сопротивлении уменьшается.
Поэтому при неизменном подводимом
общем напряжении напряжение на
газоразрядном промежутке должно
увеличиваться, чем и обеспечивается
стабильное горение дуги.
Наряду
с дуговыми разрядами, обусловленными
термоэлектронной эмиссией, существуют
и разряды другого типа. Примером могут
служить дуговые разряды в ртутных
лампах. Ртутная лампа представляет
собой предварительно откачанный
кварцевый или стеклянный баллон,
пропускающий ультрафиолетовые лучи,
наполненный парами ртути (рис. 7.14).
Дуговой разряд зажигается электрической
искрой между двумя столбиками ртути,
служащими электродами лампы. Ртутная
дуга является мощным источником
ультрафиолетовых лучей. Поэтому такие
лампы применяют в медицине и в научных
исследованиях.
Исследования
показали, что источником мощной эмиссии
электронов в ртутной лампе является
небольшое, ярко светящееся пятно,
возникающее на катоде и непрерывно
бегающее по его поверхности (так
называемое катодное пятно). Плотность
тока в катодном пятне огромна и может
достигать 106107
А/см2.
Катодное пятно может возникнуть не
только у поверхности ртутного, но и
любого другого металлического электрода.
Ртутные
дуги и аналогичные дуги с металлическими
электродами получили название
электрических дуг с холодным катодом.
Дело в том, что раньше считалось, что
катод действительно является холодным
по всей его поверхности. Поэтому
термоэлектронная эмиссия с катода не
происходит или практически не играет
никакой роли. Ленгмюр высказал
предположение, что в случае холодного
катода дуговой разряд поддерживается
автоэлектронной эмиссией с катода.
Действительно, катодное падение
потенциала (10
В) происходит на протяжении порядка
длины свободного пробега электрона.
Поэтому вблизи катода возникает сильное
электрическое поле, достаточное, чтобы
вызвать заметную автоэлектронную
эмиссию. Несомненно, автоэлектронная
эмиссия в дугах с «холодным» катодом
играет существенную роль. Позднее
появились указания на возможность
нагрева таких катодов в отдельных
точках до температур, при которых
происходит большая термоэлектронная
эмиссия, которая вместе с автоэлектронной
эмиссией и поддерживает дуговой разряд.
Хотя данный вопрос еще недостаточно
исследован.
Аккредитованных программ на получение степени
Квалифицированные, знающие и компетентные специалисты в области химии необходимы для создания процветающего и устойчивого мира. В основе этого лежит высококачественное образование в области химии, которое вдохновляет и привлекает следующее поколение практикующих ученых.
Степень в области химии, аккредитованная Королевским химическим обществом, является гарантией того, что она соответствует определенным стандартам, используемым в профессии. Он предоставляет людям знания, навыки и компетентность, необходимые для продвижения их карьеры в области химии.
Наш рецензируемый процесс аккредитации пользуется уважением и дает учреждениям внешне подтвержденный знак качества за их программы на получение степени в области химии.
Мы аккредитовываем степени бакалавра (BSc), интегрированные степени магистра (MCchem и MSci) и степени магистра последипломного образования (MSc).
Узнайте больше о преимуществах аккредитованных степеней:
Преимущества для учреждений
Преимущества для частных лиц
Какие преимущества есть для учреждений?
Многие национальные и международные химические сообщества теперь считают нас одним из лучших химических факультетов в Индонезии с международным стандартом преподавания и обучения. С аккредитацией RSC студентам стало проще, чем когда-либо, найти международных коллег для участия в программах обмена как на краткосрочный, так и на долгосрочный период. С нынешней структурой учебной программы мы настолько уверены, что проводим обучение по химии, чтобы выпускать выпускников, которые соответствуют ожиданиям наших уважаемых заинтересованных сторон.
Д-р Агус Кунчака , заведующий кафедрой химии, Universitas Gadjah Mada
Каковы основные требования?
Ключевые требования — см. список
Ключевые требования (КР) для аккредитации | Бакалавриат | Интегрированная степень магистра | Дискретная степень магистра | ||
---|---|---|---|---|---|
Широта (знания) | КР1 |
Доказательства изучения основных разделов химии предоставляются и развиваются в соответствующее время в течение курса. |
✓ | ✓ | |
КР2 |
Результаты программы должны включать в себя широту понимания химии со способностью решать проблемы на пороговом уровне компетентности, как показано в Приложении A (см. брошюру). |
✓ | ✓ | ||
КР3 |
Широта понимания химии в результате предварительного обучения должна быть обеспечена в процессе приема. |
✓ | |||
Глубина (знания)
|
КР4 | Программы должны основываться на базе знаний, чтобы учащиеся могли оценить достижения в некоторых областях, находящихся в авангарде дисциплины. | ✓ | ||
КР5 | Программы должны обеспечивать глубину знаний в специальных областях химической науки, демонстрируемую способностью решать проблемы на уровне, приведенном в Приложении B (см. брошюру). | ✓ | ✓ | ||
Практические навыки | КР6 | Студенты должны развить ряд практических навыков. | ✓ | ✓ | ✓ |
Проектная работа | КР7 | Программы должны включать некоторую независимую методологию расследования. | ✓ | ||
КР8 | Программы должны обеспечивать исследовательскую подготовку, чтобы студенты могли завершить значительный проект, результаты которого потенциально могут быть опубликованы. | ✓ | ✓ | ||
Размещение | КР9 |
Любое внешнее трудоустройство должно подлежать оценке по четким и строгим критериям, при этом университеты сохраняют контроль и надзор за своими студентами. |
✓ | ✓ | ✓ |
Профессиональные навыки | КР10 | Программы должны развивать широкий спектр передаваемых ключевых навыков. | ✓ | ✓ | |
Оценка | КР11 | Программы должны развивать профессиональные навыки для тех, кто собирается заниматься химическими науками в качестве профессии. | ✓ | ✓ | |
КР12 | Оценка должна быть разнообразной, уместной и строгой и требовать от учащихся применения своих знаний и решения проблем. | ✓ | ✓ | ✓ | |
Название | КР13 | Название программы должно отражать содержание и учитывать предположения, которые работодатель сделает в отношении способностей выпускников на основе названия. | ✓ | ✓ | ✓ |
Обеспечение качества | КР14 | Университеты должны иметь надежные механизмы обеспечения качества для всех аспектов своих программ. | ✓ | ✓ | ✓ |
КР15 |
Ресурсы, предназначенные для программы, должны предоставлять учащимся соответствующую благоприятную среду, позволяющую им добиться успеха в достижении заявленных результатов обучения. Загрузите наше руководство по передовой практике внешнего экзамена , чтобы получить рекомендации по назначению и поддержке внешних экзаменаторов. |
✓ | ✓ | ✓ | |
Среда обучения | КР16 | Учебная среда должна предоставлять сотрудникам и учащимся подходящие механизмы академического развития и поддержки благополучия для достижения заявленных результатов обучения. | ✓ | ✓ | ✓ |
Загрузите наше руководство для студентов по аккредитации ученых степеней по химии
Найдите аккредитованный курс прямо сейчас
Как подать заявку
Процесс аккредитации состоит из трех простых шагов, и мы будем поддерживать вас на протяжении всего процесса. После аккредитации ваш факультет будет включен в базу данных аккредитованных курсов.
Стать оценщиком
Хотите внести свой вклад в развитие вашего сообщества? Заинтересованы ли вы в содействии соблюдению стандартов высшего химического образования? В настоящее время мы набираем для аккредитации оценщиков.
Если вы преподаете в университете, который имеет программы получения степени, аккредитованные RSC, и поддержал хотя бы одну полную когорту от регистрации до выпуска через аккредитованную степень, являетесь членом Королевского химического общества (MRSC или выше), вы можете стать оценщиком. Опыт работы по заявке на аккредитацию желателен, но не обязателен.
Обычно каждый оценщик рассматривает три заявки в год, хотя их может быть и больше, если вы заинтересованы в зарубежной аккредитации. Оценщики обычно посещают объекты не более двух раз в год.
Обратите внимание, что в каждом отделе одновременно может быть не более одного эксперта.
Дескриптор роли оценщика RSC по аккредитации
В настоящее время мы набираем оценщика физической химии . Пожалуйста, отправьте резюме (максимум 4 страницы) и объясните, почему вы хотели бы принять участие (максимум 2 страницы), отправив нам электронное письмо до 30 ноября 2022 г. . Обратите внимание, что это добровольная позиция и она не оплачивается, однако все расходы будут покрыты.
Мы принимаем заявки из всех областей химии (органической, неорганической, физической и аналитической) в течение всего года. Если ваша заявка на получение статуса оценщика будет одобрена, но вакансий по вашей специальности нет, мы добавим вас в список ожидания.
Какие льготы для студентов?
Когда я искал университетские курсы, для меня было очень важно, чтобы степень была аккредитована, поскольку это показывает, что то, что я буду изучать, будет соответствовать высоким стандартам, и моя степень будет признана высококачественной.
Maciej Walerowski RSci , аспирант Университета Саутгемптона
Выбор степени, аккредитованной Королевским химическим обществом, дает вам преимущество в карьере:
Загрузите наше руководство для студентов по аккредитации ученых степеней по химии
Найдите аккредитованный курс сейчас
DC Наночастицы диоксида циркония, синтезированные дуговым разрядом: пролить свет на влияние тока дуги на размер, кристаллическую структуру, оптические свойства и механизм образования
Бумага
Реза Пеймани 1 , Реза Пурсалехи 2,1 и Амин Юрдхани 1
org/PublicationIssue»>Опубликовано 3 апреля 2019 г. •
© 2019 IOP Publishing Ltd
Materials Research Express,
Том 6,
Номер 7
Цитирование Реза Пеймани и др. 2019 Матер. Рез. Экспресс 6 075002
DOI 10.1088/2053-1591/ab123f
179 Всего загрузок
Получите разрешение на повторное использование этой статьи
Поделиться этой статьей
Информация о статье
Сведения об авторах
1 Факультет материаловедения, Университет Тарбиат Модарес, Тегеран, 14115-143, Иран
Примечания автора
2 Автор-корреспондент
Даты
- Поступила в редакцию 21 декабря 2018 г.
- Пересмотрено 14 марта 2019 г.
- Принято 21 марта 2019 г.
- Опубликовано 3 апреля 2019 г.
Купить эту статью в печатном виде
Подпишитесь на уведомления о новых проблемах
Создать уведомление о цитировании
2053-1591/6/7/075002
Abstract
В этом исследовании наночастицы циркония (НЧ) были успешно синтезированы методом дугового разряда постоянного тока (DC) в воде. Исследован механизм образования НЧ и влияние тока дуги на морфологические, структурные и оптические свойства НЧ. НЧ были синтезированы при четырех различных токах в диапазоне 40–160 А. Наблюдения с помощью СЭМ показали, что НЧ имеют сферическую форму, а их средний размер уменьшается с 40 до 22 нм при увеличении силы тока с 40 до 160 А. Рентгенофазовый анализ показал, что фазовый состав НЧ представляет собой смесь тетрагональной и моноклинной для всех образцов, а фаза доля НЧ зависит от тока дуги таким образом, что увеличение тока приводит к увеличению весового процента тетрагональной фазы. УФ-видимая спектроскопия показала, что наночастицы обладают оптическими характеристиками широкозонных полупроводников со значительным дефицитом кислорода. Также было исследовано влияние тока дуги на ширину запрещенной зоны НЧ. Увеличение тока дуги уменьшает ширину запрещенной зоны НЧ с 3,8 до 3,0 эВ. Исследования с помощью оптической эмиссионной спектроскопии (ОЭС) демонстрируют образование НЧ диоксида циркония при температурах до 49°С.
Добавить комментарий