Тлеющий разряд - хорошо светит
Электрический ток протекает не только в металлах, но в жидкостях и газах. Правда, механизм протекания электрического тока в этих случаях другой. В газах все начинается с электрического разряда. Он по своей природе может быть нескольких видов, один из них – так называемый тлеющий разряд.
Чтобы понять, что это такое, можно ознакомиться с описанием эксперимента, проводимого учёными для демонстрации подобного явления. Для его проведения используют стеклянную трубку определенной длины, у которой на концах имеются два электрода. К ним подключают источник постоянного тока. Здесь возможны два варианта дальнейшего проведения эксперимента – либо начинают постепенно повышать напряжение до величины несколько тысяч вольт, либо начинают откачивать воздух из трубки до понижения давления внутри до нескольких мм. рт. столба.
При понижении давления до некоторой величины в трубке вспыхивает светящийся шнур от электрода до электрода. Это возник тлеющий разряд. Его появлению способствует пониженное давление, а поддерживается он вторичной эмиссией электронов из катода. Дело в том, что при обычных условиях газ электрический ток не проводит, но при специальных условиях, например, таких, как описано, между электродами протекает электрический ток. В этом случае положительные ионы бомбардируют катод и выбивают оттуда электроны.
Протекание тока обусловлено образованием таких свободных носителей заряда, а вот механизм их появления разный. Сейчас известны следующие виды разрядов в газах – искровой, коронный, дуговой и тлеющий. Причины, благодаря которым начинает протекать ток, тоже разные. Когда мы из стеклянной трубки откачиваем воздух, то, в конце концов, получим тлеющий разряд, а когда будем повышать напряжение на выводах электродов – искровой.
Чтобы не возвращаться больше к классификации, отметим, что бывают самостоятельные и несамостоятельные разряды. Виды самостоятельных разрядов уже перечислены, а несамостоятельные возникают при каких-либо дополнительных внешних воздействиях.
Все виды разрядов интересны и обладают крайне любопытными свойствами, но пока остановимся на одном из них. Посмотрим, что собой представляет тлеющий разряд. Если изучить его внешнее проявление, то можно установить две области – несветящуюся и светящуюся. Несветящаяся называется темным катодным пространством, а светящаяся – положительным столбом, и она занимает практически весь объем трубки.
Цвет свечения зависит от газа, в среде которого происходит разряд. Такие светящиеся трубки используются в качестве ламп, так называемые люминесцентные лампы. Да и огни рекламы тоже выполняются с использованием подобных трубок. И процесс украшения и светового оформления практически невозможен без подобных изделий.
Однако это далеко не все возможные области применения тлеющего разряда. Есть такие отрасли, как лазерная техника и плазмохимия. Кроме того, благодаря применению тлеющего разряда проводится упрочнение поверхности инструмента для повышения его износостойкости, твердости, сопротивления кавитации.
Из других возможных вариантов применения описываемого эффекта можно отметить его использование в специальных приборах, основанных на эффекте тлеющего разряда. Их можно применять для регулирования тока и напряжения, в устройствах защиты и усиления приборов, генераторах колебаний. Однако электрический разряд может быть и нежелательным явлением. Так, коронный электрический разряд с ЛЭП вызывает потери электроэнергии, но это не относится к тлеющему разряду, который сейчас нас интересует.
Рассмотрение электрического тока в газах позволило установить механизм его возникновения, в том числе и понять, что собой представляет тлеющий разряд. Описаны варианты его использования в промышленности и технике.