Тліючий розряд

Тлі́ючий розря́д (також же́врійний розря́д) — тип газового розряду із неоднорідним розподілом електричного поля між катодом і анодом.

Це самостійний розряд, в якому катод випромінює електрони внаслідок бомбардування позитивними йонами й високоенергетичними світловими квантами.

При тліючому розряді проміжок між катодом і анодом розділяється на області, що характеризуються різною яскравістю, і в яких відбуваються різні процеси. Основний спад напруги при тліючому розряді відбувається поблизу катода. Його називають катодним падінням потенціалу.

Області тліючого розряду і падіння напруги в них

Області тліючого розряду

В тліючому розряді виділяють такі області:

  • Астонів темний простір.
Це вузька (десяті долі міліметра) область, в якій електрони ще не встигають набрати достатньої енергії для збудження молекул газу. Тому ця область відносно темна.
  • Катодний шар.
Яскрава область, у якій електрони вже мають достатню енергію для збудження нейтральних молекул газу, але цієї енергії ще не досить для ударної іонізації.
  • Темний катодний простір.
Область іонізації газу й наростання електронних лавин. Яскравість цієї області порівняно невелика, тому її називають темною, хоча вона такою лише здається. В темному катодному просторі й катодному шарі відбувається основне падіння напруги, тобто це область де напруженість електричного поля найбільша. Темний катодний шар різко обривається, переходячи в область тліючого світіння там, де напруженість поля спадає до незначної величини.
  • Область тліючого світіння.
Це область малого електричного поля, яка починається одразу ж за катодним шаром. Електричне поле в ній недостатнє для розгону електронів, тому в ній електронні лавини закінчуються. Яскраве світіння цієї області зумовлене процесами рекомбінації електронів і йонів, в результаті якої утворюється багато нейтральних молекул в збудженому стані.
  • Фарадеїв темний простір.
Відносно темна ділянка, до якої вже не добираються енергетичні електрони.
  • Позитивний стовп розряду.
Простягається від Фарадеєвого темного простору майже до самого аноду. Не є обов'язковим для підтримання розряду. При малих віддалях між катодом і анодом зникає. Позитивний стовп іноді розділяється на темніші й світліші області — страти. Для нього властива відносно велика іонізація й провідність газу. Густина просторового заряду в позитивному стовпі невелика.
  • Темний анодний простір.
Область із малою кількістю позитивних іонів. Завдяки цьому електрони в ній розганяються, що призводить до анодного світіння.
  • Область анодного світіння.
Остання область перед анодом, в якій прискорені електрони віддають свою енергію.

Фізика розряду

Під час тліючого розряду позитивні іони проходячи велику різницю потенціалів на катодному падінні напруги отримують велику швидкість. Оскільки катодне падіння напруги розташоване у тонкому шарі газу, то тут практично не відбувається зіткнень іонів з атомами газу, і тому, проходячи через область катодного падіння напруги, іони отримують дуже велику кінетичну енергію. Внаслідок цього при зіткненні з катодом вони вибивають з нього деяку кількість електронів, які починають рух до аноду. Проходячи катодне падіння напруги електрони прискорюються, і при зіткненні з атомами газу в найвіддаленішій частині розряду (позитивний стовп розряду) здійснюють іонізацію ударом. Позитивні іони, що при цьому виникають, знову прискорюються катодним падінням і вибивають з катоду нові електрони тощо. Таким чином, відбувається утворення все нових іонів, і розряд продовжується до тих пір, поки на електродах підтримується необхідна напруга. Отже причиною іонізації газу в тліючим розряді є ударна іонізація та вибивання електронів із катоду позитивними іонами. Отже чим міцніше зв'язані електрони в металі катоду, тим більшу енергію повинні отримати позитивні іони для їх вибивання, а отже тим більшим повинно бути катодне падіння в розряді. Тому катодне падіння потенціалу залежить від матеріалу катода. Також воно залежить від типу газу.

Використання

Тліючий розряд використовується в люмінесцентних лампах, плазмових телевізорах, для досліджень із фізики плазми та елементного аналізу.

Див. також

Джерела

  • Сивухин Л. В. (1977). Общий курс физики. Том III. Электричество. Москва: Наука.
  • Ландсберг Г. С. (1985). Елементарный учебник физики. Том II. Электричество и магнетизм. Москва: Наука.