Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Prezentace v rámci „Studentského semináře“ Jan Čech10.11.2010.

Podobné prezentace


Prezentace na téma: "Prezentace v rámci „Studentského semináře“ Jan Čech10.11.2010."— Transkript prezentace:

1 Prezentace v rámci „Studentského semináře“ Jan Čech

2 Výbojem v plynu rozumíme: Vedení elektrického proudu plynem díky pohybu nabitých částic vytvořených srážkovými procesy mezi elektrony (zejména) a částicemi plynu. (McGraw-Hill Dictionary of Science & Technical Terms, 6E © 2003) Otázkami jsou: Čím je to způsobeno - mechanismus vedení. Jaké je rozdělení výbojů v plynech.

3 Plyn je za normálních podmínek NEVODIČ  ~ S/m Vedení skrze nabité částice (elektrony a ionty plynu) ~ ionizací plynu  > 10 3 S/m (Ar plazma)  ~ S/m (stříbro) Hodnoty dle [Wiki].

4 Jak „přimět“ nevodivý plyn vést elektrický proud? Vytvořit volné nosiče náboje. Udržet volné nosiče náboje. Tj. plyn „ionizovat“. Jinými slovy: potřebujeme částicím plynu dodat energii

5 Jak „přimět“ nevodič vést elektrický proud? Dodáním tepelné energie: Zajímavý pokus s generací volných nosičů náboje je ke shlédnutí např. na webu: (v podstatě jde o vytvoření slabého elektrolytu)

6 Jak „přimět“ nevodivý plyn vést elektrický proud? Dodáním ionizační energie částicím plynu dojde ke generaci nabitých částic – nosičů náboje. Zvyšováním teploty plynu (tepelná energie) Nepružné (ionizační) srážky částic plynu Rozdělení rychlostí částic plynu (TDR ~ Maxwellovo rozdělení) Absorpcí vysokoenergetického záření částicí plynu UV záření X-rays Kosmické záření

7 Za termodynamické rovnováhy se proces generace párů nabitých částic s teplotou plynu dá popsat statisticky pomocí Sahovy rovnice [Mart]:

8 Elektrické pole začne urychlovat elektrony, tzv. primární elektrony Urychlené elektrony se sráží s částicemi plynu Získají-li elektrony dostatečnou energii, může při srážce dojít k ionizaci částice (příp. k excitaci, či disociaci) Proces se opakuje (pokud nedojde k záchytu, či rekombinaci elektronu s kladným iontem) Může dojít ke vzniku elektronové laviny

9 Tj. máme zde ionizovaný plyn. (Nikoliv plazma!) Stále potřebujeme zdroj(e) primárních elektronů. Tj. proud v plynu je veden v pomocí elektronových lavin v režimu tzv. „nesamostatného (Townsendova) výboje“ Uplatňuje se zde první Townsendův koeficient (výtěžnost srážek vedoucích k ionizaci) - 

10 Musíme zajistit „náhradní“zdroj elektronů, které „končí svoji pouť výbojem“ rekombinací na anodě. Kde vzít zdroj? Na katodě! (-) Emisí z katody Potenciálová emise účinkem kladných iontů (Augerova emise) Uplatňuje se zde druhý Townsendův koeficient (výtěžnost emise elektronů kladnými ionty) - 

11 Evoluce výboje s rostoucím napětím [Mart]:

12 Nesamostatný výboj (potřeba zdroje primárních elektronů – i 0 ) Hustota elektrického proudu je [Mart]: Odtud získáme podmínku pro „osamostatnění“ výboje – musíme se zbavit závislosti na i 0 [Mart]: Závislost na budícím napětí (el. poli) je v .

13 Kdy přejde výboj do „samostatného režimu“? Tj. jaké napětí způsobí osamostatnění výboje, jeho „zapálení“? Tuto odpověď získáme analýzou podmínky „zapálení“ – koeficient  skrývá v sobě závislost na E a koncentraci částic (tj. na redukovaném tlaku p 0 ) Získáváme tedy semi-empirickou závislost [Mart]:

14 Paschenova křivka pro argon [Mart]:

15 Townsendova teorie není aplikovatelná > 200 Torr.cm (potřeba nestacionární teorie) Teorie zapálení výboje pomocí streamerů: Vývoj streameru, [Mart]

16 Evoluce výboje s rostoucím napětím [Mart]:

17 Podmínky zapálení koróny [Mart]: p > 1 kPa, silně nehomogenní el. pole Lokální průraz při napětí < průrazné napětí mezi elektrodami. Problém VN sítí – hoří korónový výboj mezi fázemi vedení – potřeba zvětšení ef. průřezu vodiče => kombinace fáze z více vodičů. Schema: Korona [Mart]

18 Podmínky stability výboje – omezení výbojového proudu, nízký tlak, závislost na katodové skvrně Schéma a průběhy proudů a potenciálu [Mart]: V průběhu napětí a koncentrací nabitých částic můžeme rozeznat vznik prostorového náboje – kladný sloupec je plazmatem. Katodový temný prostor je zásadní pro stabilitu výboje. Kladný sloupec může stratifikovat. Toto je pravděpodobně vliv nečistot. V super čistém výboji (údajně) nejsou.

19 Tento výboj je „finálním“ stupněm (DC) výbojů. Výboj řízen katodovou skvrnou – termo/autoemise e - Schéma a průběhy proudů a potenciálu [Mart]: Ohřev anody využíván pro svařování (prochází vysoký proud). Katodový spád výrazně nižší – účinnost termoemise 3-4 řády vyšší. Prostor katodového spádu ~ 10 2 nm Pole u katody velice vysoké ~ (10 8 V/m).

20 Rozdělení převzato z: Raiser, I.:Gas discharges (Springer Verlag,New York,1997)

21 Rozdělení dle budící frekvence a tlaku plynu p f MWRFHFDC p

p atm glow, arc arc, corona, spark barrier discharges, APTD, APGD magnetron Plasma jets, MW torch Surfatron ECR plasma ICP, CCP

22 Rozdělení dle budící frekvence a tlaku plynu p f ? f pl < f < f sr ? f sr ~ Hz f sr ~ Hz

23 Převzato z: [CVUT]

24

25 Vysvětlení použitých zkratek: TDR: termodynamická rovnováha VN: vysoké napětí Zdroje: [Mart]: Martišovitš V., Základy fyziky plazmy (Univerzita Komenského, Bratislava, 2006) [Wiki]: Wikipedia (http://wikipedia.com)http://wikipedia.com Bogaerts A.: Gase discharge plasmas and their applications, Spectrochimica Acta Part B 57 (2002) [CVUT]: Vysvětlení použitých zkratek: TDR: termodynamická rovnováha VN: vysoké napětí Zdroje: [Mart]: Martišovitš V., Základy fyziky plazmy (Univerzita Komenského, Bratislava, 2006) [Wiki]: Wikipedia (http://wikipedia.com)http://wikipedia.com Bogaerts A.: Gase discharge plasmas and their applications, Spectrochimica Acta Part B 57 (2002) [CVUT]:


Stáhnout ppt "Prezentace v rámci „Studentského semináře“ Jan Čech10.11.2010."

Podobné prezentace


Reklamy Google