 |
 |
 |
 |
Рис. 5.19. Сравнение расчетных и экспериментальных значений тока и напряжения ртутной лампы мощностью 700 Вт при рнк=1-10= Па: --расчет;----эксперимент [5.13]
интенсивностью процессов обмена энергией внутри резервуара и между ними. Они могут быть рассчитаны теоретически из системы нестационарных уравнений, составленных для соответствующих условий разряда, примеры которых были приведены выще, или найдены из экспериментов. Чем меньше «энергоемкость» и интенсивнее обмен, тем, очевидно, меньше время релаксации, и наоборот.
Для правильной оценки времен релаксации необходимо решать эти уравнения в условиях, при которых скорость изменения внешнего электрического поля значительно превосходила бы скорость изменения интересующего нас процесса в плазме. В таких же условиях должно проводиться и экспериментальное определение времен релаксации. С этой точки зрения целесообразно изменять электрическое поле скачкообразно, ступенчато.
Исходя из этого автором еще в предвоенные годы был предложен и разработан экспериментальный метод исследования инерционных свойств разрядов путем ступенчатого изменения электрического поля. Экспериментальные схемы были собраны на электромеханических ключах и тиратронах, при помощи которых ступенчато менялось внешнее активное сопротивление либо шунтировалась лампа. Этим методом в различных модификациях в разное время исследовались многие свойства разрядных ламп (см. [4.3,0.9]).
А. Вашкис по нашей просьбе провел расчетные исследования на своей модели ЛЛ (см. выше) при ступенчатом изменении напряжения на лампе для следующих режимов питания: пря-
1 1 | |||
100 t,MKC
О 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2
Рис. 5.20. Расчетное изменение характеристик столба разряда в ЛЛ при ступенчатом изменении напряжения на лампе [5.12, 5.15]
моугольные импульсы напряжения «л=254 В длительностью 150 мкс и пауза 50 мкс; постоянное напряжение 220 В, на которое накладывались прямоугольные импульсы 100 В. Часть полученных результатов приведена на рис. 5.20,а. На рис. 5.20,6 более детально показано расчетное изменение характеристи!? столба ЛЛ в первые микросекунды после подачи скачка напряжения. Обращает на себя внимание кратковременный выброс тока. При малой индуктивности контура и достаточно высокой временной разрешающей способности измерительной и коммутационной аппаратуры он наблюдается и экспериментально Г5.15]. По мнению авторов [5.15], выброс тока после п аузы вызван тем, что Пе уменьшается менее чем на 2%, а ее падает практически до температуры остальных частиц в разряде и при этом подвижность электронов в аргоне значительно увеличивается. Более подробно см. [5.15, 5.11, 5.12].
При подъеме напряжения время релаксации энергии элек-. тронов Те» 1,5 мкс. Малое значение объясняется тем, что полу-чаемая в электрическом поле энергия при достаточной величине Те быстро перекачивается в энергию возбужденных атомов и образующихся пар зарядов. При снятии электрического поляте значительно больше (около 30 мкс). В этих условиях быстро исчезают электроны с энергией, достаточной для прямого возбуждения и ионизации, но, в то же время, электронный газ получает энергию от возбужденных, главным образом метастабильных атомов ртути. Как и следовало ожидать, наиболее медленно устанавливается процесс ионизации (пе), поскольку
его время релаксации определяется скоростью биполярной диффузии. При подъеме напряжения Xtl мс, а при снятии поля, конечно, еще больше, т. е п на три порядка больше Те- Поэтому в режиме питания с паузами тока за время пауз длительностью 50 мкс Пе практически не успевает меняться.
Эти данные позволяют в ряде случаев при расчетах и анализе электрических режимов ЛЛ ограничиваться рассмотрением более простой системы уравнений, полагая dnjdt и dse/dt равными нулю. Тогда вместо (5.40) -(5.41) получим
= [(Oi «о + «L- «e) - 1 Пе (О- (5-47)
От Пе{() можно перейти к силе тока, помня, что i(t) = enebfii%.
Заменяя в (5.47) \бт i;-tlYiel)u после несло>!.ных преобразований получаем
к анализу этого уравнения вернемся в следующем параграфе.
Д. Уэймаус исследовал изменение i{t) ЛЛ, работающей на постоянном токе при наложении прямоугольных импульсов напряжения с отношением Иимп/"о от 1,2 до 3 и длительностью около 18 мкс (рис. 5.21,а) [5.14]. Во всех экспериментах он обнаружил, что при наложении импульса ток возрастал «мгновенно» до величины ji, а далее рос постепенно, приблизительно го экспоненте, причем за все время импульса {i{t)/io)< <(«HMn/tto) (рис. 5.21,6). Теоретический анализ вопроса и экспериментальная проверка привели его к заключению, что замедленный рост тока вызван тем, что при увеличении напряженности поля, а следовательно, и энергии электронов падает их подвижность за счет роста транспортного эффективного сечения атомов аргона при упругих соударениях с электронами (эффект Рамзауэра, см. § 2.4). По данным эксперимента оказалось, что [(WeHMn)-1]~[(Иимп/«о)-1].
в термических дугах ВД и СВД наиболее инерционным является процесс нагрева и охлаждения газа или пара. Оценить время релаксации этих процессов можно из уравнения (5.44). Так, например, после резкого выключения разряда (Е-О) скорость спада температуры и соответствующие изменения всех характеристик будут определяться, как видно из уравнения, теплосодержанием плазмы рСр и двумя процессами потери
энергии: излучением 6изл(7") и теплопроводностью -(кг-
В дугах с преобладающей ролью излучения в первые моменты после выключения скорость спада Т будет определяться ох-
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 [ 64 ] 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233 234 235 236 237 238 239