En gasudladning er et sæt af processer, der opstår, når en elektrisk strøm løber gennem gasser. Normalt bliver strømmen af en mærkbar strøm først mulig efter tilstrækkelig ionisering af gassen og dannelsen af et plasma .
Ionisering kan især forekomme som et resultat af kollisioner af elektroner , accelereret i et elektrisk felt , med atomer eller molekyler af en gas. I dette tilfælde forekommer en lavinemultiplikation af antallet af ladede partikler, da der i processen med stødionisering dannes nye elektroner, som efter acceleration også begynder at deltage i kollisioner med atomer, hvilket forårsager deres ionisering.
En anden mulig årsag til gasionisering kan være et højt elektrisk felt (gnistudladning) eller høj temperatur (bueudladning). For fremkomsten og opretholdelsen af en stabil gasudladning kræves et elektrisk felt , da et koldt plasma eksisterer, hvis elektroner erhverver energi i et eksternt felt, der er tilstrækkeligt til at ionisere atomer, og antallet af nydannede ioner overstiger antallet af rekombinerede ioner.
Hvis yderligere ionisering er nødvendig for eksistensen af en gasudledning på grund af eksterne kilder (for eksempel ved hjælp af ioniserende stråling ), kaldes gasudledningen ikke-selvbærende (sådanne udledninger bruges i Geiger-tællere ).
Til implementering af gasudladningen anvendes både en konstant i tid og et vekslende elektrisk felt.
Når en gas udlades, opstår der en elektrisk vind, det vil sige bevægelsen af gas forårsaget af medbringelse af gasmolekyler af ioner. Den nemmeste måde at detektere den elektriske vind, når den udlades fra spidsen i luft ved normalt tryk [1] . Denne vind kan forårsage afbøjning af en papirstrimmel, en stearinlysflamme, et røgstykke osv.
Såvel som:
Udledninger kan opdeles i uafhængige og ikke-uafhængige.
En ikke-selvbærende udledning er en udledning, der har brug for en ekstern ionisator.
Selvafladning - en udledning, der ikke kræver en ekstern ionisator.
Klassificeringen af gasudledninger er baseret på to funktioner: tilstanden af den ioniserede gas og frekvensområdet for det anvendte felt.
Ifølge det første tegn skelner de:
Efter feltfrekvens:
| frekvensområde
anvendt felt |
Den ioniserede gass tilstand | ||
|---|---|---|---|
| Sammenbrud | Ikke-ligevægtsplasma | ligevægtsplasma | |
| Konstant og lavfrekvent elektrisk felt | Antændelse af en glødeudladning i et rør | Positiv glødsøjle | Højtryksbue positiv søjle |
| HF | Antændelse af en RF-udladning i fartøjer med en fordærvet gas | RF kapacitiv udladning i en fordærvet gas | Induktion plasma lommelygte |
| mikroovn | Nedbrud i bølgeledere og resonatorer | Mikrobølgeudladninger i fordærvede gasser | mikrobølge plasma lommelygte |
| Optisk rækkevidde | Nedbrydning af gasser ved laserstråling | Den sidste fase af optisk nedbrydning | Kontinuerlig optisk udladning |
Udladninger kan også klassificeres i henhold til mekanismerne for energitab:
Ved lave tryk (1 - 10 Torr) og en stor elektrisk modstand i det eksterne kredsløb, som ikke tillader en stor strøm at flyde, antændes en glødeudladning . Det er kendetegnet ved små strømme (10 -6 - 10 -1 A i rør med en radius på 1 cm) og betydelige spændinger (100 - 1000 V). Elektrontemperaturen er omkring 1 - 10 eV, iontemperaturen er lidt højere end omgivelsestemperaturen (300 K), det vil sige, at plasmaet er termodynamisk uligevægt.
Ved et tryk af størrelsesordenen atmosfærisk og lav modstand af det eksterne kredsløb antændes en lysbueudladning normalt . Det er kendetegnet ved store strømme (>1 A), lave spændinger (tiere af volt). Temperaturerne af elektroner og ioner er omtrent lig med 1 - 10 eV, det vil sige, at plasmaet er i termodynamisk ligevægt.
Ved tryk i størrelsesordenen atmosfærisk, afstanden mellem elektroderne >10 cm og store påførte felter, opstår der en gnistudladning . Nedbrydningen i dette tilfælde udføres af den hurtige vækst af plasmakanalen fra en elektrode til en anden, efterfulgt af lukning af kredsløbet med en stærkt ioniseret gnistkanal. Et eksempel er lyn .
I meget inhomogene felter, utilstrækkelige til at nedbryde hele mellemrummet, opstår der en koronaudladning . Den lysende korona vises ved spidserne, hvor felttætheden er højere.
Gasudledninger i nogle gasser forårsager emission af synligt lys, hvis spektrum afhænger af den anvendte gas.
| Gas | Farve | Noter |
|---|---|---|
| Helium | hvid-orange; under nogle forhold kan have en grå, grønlig-blå eller blå nuance | Anvendes af kunstnere til speciel belysning. |
| Neon | rød-orange | Lys glød. Bruges ofte i neonreklameskilte og neonlamper |
| Argon | Violet blå | Anvendes ofte i forbindelse med kviksølvdampudledning |
| Krypton | Grålig mat råhvid. Kan være grønlig. Ved højspændingsudladninger, lys blålig hvid. | Anvendes af kunstnere til speciel belysning. |
| Xenon | Grålig eller blålig grå mat hvid, i højspændingsudladninger ved høje spidsstrømme, meget lys blågrøn. | Brugt i xenonlygter , indikatorlamper, xenonbuelamper og af kunstnere til specialbelysning. |
| Radon | Blå farve [3] . | Kan ikke bruges på grund af mangel på stabile isotoper. |
| Nitrogen | Svarende til argon, lysdæmper, med et strejf af pink. I højspændingsudladninger, lys blå-hvid, hvidere end argon. | |
| Ilt | Bleg violet-lilla, svagere end argon. | |
| Brint | Lavendel i lavspændingsudladninger, rosarød i udladninger over 10 milliampere. | |
| vanddamp | Svarende til brint. Mindre skarp glød | |
| nitrogendioxid | Svag blålig hvid, lysere end xenon i lavspændingsudladninger. | |
| Kviksølvdamp _ | Lyseblå med intens ultraviolet stråling | I kombination med fosfor bruges det til at producere lys i forskellige farver. Udbredt i kviksølvudladningslamper |
| Natriumdamp _ | Klar gul | Udbredt i natriumgasudladningsgadelamper |
Helium
Neon
Argon
Krypton
Xenon
Problemet med computersimulering af processer, der forekommer i en gasudledning, er ikke fuldt ud løst. Der er kun omtrentlige metoder til at løse dette problem. En af dem er Fokker-Planck-tilnærmelsen .
| Gasudledningsanordninger | ||
|---|---|---|
| zener dioder | ||
| Skifte lamper | ||
| Indikatorer | ||
| Udledere |
| |
| Sensorer |
| |
| Typer af gasudledning | ||
| Andet | ||