Папиллярные узоры пальцев рук - маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни...
История развития хранилищ для нефти: Первые склады нефти появились в XVII веке. Они представляли собой землянные ямы-амбара глубиной 4…5 м...
Топ:
История развития методов оптимизации: теорема Куна-Таккера, метод Лагранжа, роль выпуклости в оптимизации...
Особенности труда и отдыха в условиях низких температур: К работам при низких температурах на открытом воздухе и в не отапливаемых помещениях допускаются лица не моложе 18 лет, прошедшие...
Выпускная квалификационная работа: Основная часть ВКР, как правило, состоит из двух-трех глав, каждая из которых, в свою очередь...
Интересное:
Средства для ингаляционного наркоза: Наркоз наступает в результате вдыхания (ингаляции) средств, которое осуществляют или с помощью маски...
Национальное богатство страны и его составляющие: для оценки элементов национального богатства используются...
Принципы управления денежными потоками: одним из методов контроля за состоянием денежной наличности является...
Дисциплины:
2022-12-30 | 33 |
5.00
из
|
Заказать работу |
|
|
После возбуждения разряда ионизация в газе может происходить в основном двумя путями: взаимным соударением частиц и поглощением квантов энергии (фотоионизация). Одновременно идут процессы деионизации, т. е. образование нейтральных частиц при взаимодействии положительных ионов и электронов.
Для характеристики вероятности столкновений частиц в газе служат такие величины, как длина свободного пробега частицы Λ, среднее время пробега τ = Λ / v и частота столкновений частиц v = 1/ τ.
Мерой вероятности индивидуального акта определенного рода (например, упругого соударения, ионизации и т. д.) является соответствующее эффективное сечение Q, которое для обычных газов часто называют газокинетическим:
(2.15)
где d - диаметр частицы.
Чтобы произошло столкновение, центры молекул должны находиться на минимальном расстоянии, равном диаметру d частицы. Принимая модель упругих шаров, можно построить схему для определения Q (рис. 2.7), из которой следует геометрический смысл эффективного сечения Q - это площадь круга радиусом, равным сумме радиусов сталкивающихся частиц. С учетом движения обеих частиц при равновесном распределении скоростей принимают Q =√2π d 2.
Длина свободного пробега частиц Λ зависит как от Q, так и от n - концентрации частиц в 1 м3. С одной стороны, определяя относительную долю площади, занятой частицей, через слой газа единичной площади толщиной dx (рис. 2.8), получим вероятность соударения на длине dx, равную nQ dx /1. С другой стороны, вероятность столкновения частиц при малом dx соответствует отношению толщины слоя dx к длине свободного пробега Λ и равна dx/ Λ.
Следовательно, dx /Λ = nQdx /l, откуда
|
(2.16)
и
(2.17)
где v - скорость частиц.
Оказывается, что для молекул газокинетическое сечение Q мало зависит от их энергии (при высоких температурах). В то же время, чем больше размеры частиц, тем меньше длина их свободного пробега. Кроме того, согласно уравнению Клапейрона - Менделеева, длину свободного пробега можно выразить так:
Подставляя в (2.18) значение k = 1,38 • 10 Дж/К и ρ =1,01 • 105 Па,
получаем
(2.19)
Иногда в литературе эффективное сечение приведено не для одной пары частиц, а для 1 м3 газа. Тогда его обозначают S и считают, что
(2.20)
Наличие сил кулоновского взаимодействия между электронами и ионами делает их соударения в плазме значительно более сложными, чем соударения нейтральных частиц в газе. Вместо зигзагообразной траектории броуновского движения молекул траектория заряженной частицы становится извилистой (более сглаженной), соответствующей изменениям (флуктуациям) электрического поля в плазме. Поэтому в плазме, вообще говоря, следует учитывать все возможные эффективные сечения при соударениях:
ион - атом......... Qia (перезарядка)
ион - ион........... Qii (сечение Гвоздовера)
электрон - атом. Qea (сечение Рамзауэра)
электрон - ион.. Qei (прилипание или захват электрона)
электрон - электрон Qee
Тогда для k сортов частиц длина свободного пробега электрона
Однако практически в сварочных дугах достаточно учитывать только эффективное сечение Qea или Qe = Qea + Qei, так как другие эффективные сечения сравнительно малы.
Упругие столкновения электронов с нейтральными атомами Должны быть описаны с позиций квантовой механики. Полное решение квантово-механической задачи удается получить лишь для Простейших атомов - атомов водорода и гелия. Для более сложных атомов обычно используют экспериментальные данные. В большинстве случаев наибольшее эффективное сечение Qea имеет место при приближении скорости электронов к нулю. В диапазоне малых энергий электронов (1...5 эВ) с увеличением их энергии Qea, как правило, уменьшается.
|
Эффект Рамзауэра
Обращает на себя внимание резкое уменьшение эффективного сечения Qea при малых энергиях электронов (ε ≤ 1 эВ) для ряда тяжелых атомов, в том числе для атомов тяжелых инертных газов. Это явление называется эффектом Рамзауэра (рис. 2.9).
При малых энергиях электронов в тяжелых инертных газах взаимодействие электронов с атомами сильно ослабляется в связи с эффектом Рамзауэра. Это объясняется волновым характером поведения электрона в процессе его упругого взаимодействия. При определенном соотношении между длиной волны де Бройля
(2.21)
соответствующей медленно движущемуся электрону, и размерами атома создаются условия для почти беспрепятственного прохождения волны через атом, что дает малое сечение Qea. (Здесь h = 6,626 • 10-34 Дж • с - постоянная Планка).
В условиях обычных сварочных дуг при температуре в столбе дуги T ст = 5000... 12 000 К значения полных сечений Рамзауэра Qe = Qea + Qei , вычисленные Меккером, составляют от (2...5)• 10-16 см2 для инертных газов и до 5 • 10-14 см2 для щелочных металлов (рис. 2.10), т. е. отличаются почти в 200 раз.
Возникает вопрос: когда и какие именно значения длины свободного пробега или эффективного сечения следует применять в расчетах?
Из рис. 2.9 следует, что эффект Рамзауэра и минимум сечения Se = nQe соответствуют энергиям электрона ≈ 1 эВ.
В плазме столба сварочной дуги при Т CT = 5000... 10 000 К, как будет показано ниже, средняя энергия электронов в соответствии с масвелловским распределением по скоростям равна ≈ 1 эВ. Поэтому для плазмы в инертных газах следует принять длину свободного пробега электронов равной
(2.22)
что отвечает минимуму соответствующей данному газу кривой Рамзауэра.
В приэлектродных областях дуги температуры электронов Те и газа Та не равны, термическое равновесие не соблюдается (Те ≠ Та) и электроны могут набирать энергию до 8...20 эВ. На рис. 2.9 это примерно соответствует газокинетическим сечениям молекул.
Средний газокинетический пробег иона Λ־ i в слабых полях мало отличается от пробега молекул, т. е. для ионов (если диаметры иона и молекулы считать равными) имеет место соотношение
|
(2.23)
Скорость электронов намного больше скорости молекул ve» v м. Кроме того, согласно кинетической теории газов электрон можно считать точкой (de «du). Это значит, что электрон может подойти к центру молекулы на расстояние d м /2, поэтому площадь круга эффективного соударения Qea будет вчетверо меньше. Учитывая это, получим газокинетический пробег электрона
(2.24)
Например, в воздухе при Т = 300 К и атмосферном давлении для газов Λ־м = 1 • 10 -7 м. В плазме при Т = 6000 К значение Λ־м будет в 20 раз больше (см. формулу (2.9)), а Λ־е ≈ 20 • 5,6 • 10-7 ≈ 1,1 • 10-5 м. Такое значение (Λ־ е ≈ 10-5 м) часто принимают при расчете в приэлектродных областях дуги наряду с Λ־ i ≈ 10-7 м. Вычисленный по Рамзауэру пробег электрона в плазме Λе может отличаться от газокинетического Λ־е в десятки раз.
|
|
Своеобразие русской архитектуры: Основной материал – дерево – быстрота постройки, но недолговечность и необходимость деления...
Адаптации растений и животных к жизни в горах: Большое значение для жизни организмов в горах имеют степень расчленения, крутизна и экспозиционные различия склонов...
Историки об Елизавете Петровне: Елизавета попала между двумя встречными культурными течениями, воспитывалась среди новых европейских веяний и преданий...
Эмиссия газов от очистных сооружений канализации: В последние годы внимание мирового сообщества сосредоточено на экологических проблемах...
© cyberpedia.su 2017-2024 - Не является автором материалов. Исключительное право сохранено за автором текста.
Если вы не хотите, чтобы данный материал был у нас на сайте, перейдите по ссылке: Нарушение авторских прав. Мы поможем в написании вашей работы!