Теория разряда Таунсенда

Теория электронных лавин. Первой количественной теорией газового разряда была теория электронных лавин, предложенная Таунсендом в самом начале текущего столетия. Эта теория приложима к тем типам электрических разрядов в газах или к тем областям газоразрядного промежутка, в которых направленное движение электронов под действием электрического поля преобладает над их беспорядочным тепловым движением. Таунсенд ввёл три коэффициента, характеризующих процессы ионизации газа. Первый коэффициент—коэффициент объёмной ионизации газа электронами а—обозначает число свободных электронов н равное ему число положительных ионов, образуемых одним электроном путём соударений с частицами газа при продвижении этого электрона на 1 см в нанравлении от катода к аноду. [c.230]

Теория разряда Роговского. Математическая теория разряда при плоских электродах, данная Роговским [1248], основана на добавлении к исходным уравнениям теории Таунсенда (491) и (492) уравнения Пуассона в форме ) [c.434]

Математическая теория разряда при плоских электродах, чанная Роговским, основана на добавлении к исходным уравнениям теории Таунсенда уравнения Пуассона в форме [c.246]

О лавинной теории разряда, таунсендовском разряде и коэффициентах Таунсенда смотрите также [1294—1297, 1388—1391, 2488]. [c.422]

В теории разряда Таунсенда из всех возможных элементарных процессов выделения электронов из катода только этот процесс и учитывался. Введённый Таунсендом коэффициент поверхностной ионизации у, равный числу электронов, эмиттируемых катодом, приходящихся на каждый ударяющийся о катод положительный ион, принимали за количественную меру вторичной эмиссии под действием положительных ионов. В действительности дело обстоит несколько сложнее. Чтобы получить значение-коэффициента вторичной эмиссии электронов при ударах о катод положительных ионов, нельзя просто приравнивать этот коэффициент коэффициенту у, а надо ещё учитывать фотоэффект с катода под действием коротковолновых излучений, возникающих в разряде, и в известной мере также действие метастабильных атомов и быстрых нейтральных частиц. Поэтому имеющиеся па отнощению к коэффициенту вторичной эмиссии экспериментальные количественные данные должны рассматриваться как верхний предел и нередко относятся к суммарному коэффициенту Т-Но и надёжных измерений суммарного у очень мало, особенна если принять во внимание, что как у, так и действительный коэффициент вторичной эмиссии — назовём его уо — должны зависеть как от природы газа, так и от природы катода. [c.188]

Теории газового разряда, основанные на представлении об ионизации газа, ведут своё начало от классических работ Дж. Дж. Томсона и от работ его ученика Таунсенда. При построении своей теории Таунсенд исходил из экспериментальных работ Л. Г. Столетова. [c.16]

Согласно классической теории Таунсенда, общую картину возникновения электрического разряда в газе можно представить следующим образом вследствие естественной радиоактивности и космического излучения в воздухе непрерывно образуются свободные заряды. Так как одновременно с ионизацией происходит процесс взаимной нейтрализации положительных и отрицательных ионов (рекомбинация заряженных частиц), то в результате устанавливается динамическое равновесие (постоянная концентрация ионов обоих знаков, приблизительно равная 1000 пар ионов в 1 см ). [c.119]

Но выражение (60,18) ничего не говорит нам ни о плотности тока в самостоятельном разряде, ни о распределении потенциала в этом разряде. Теория Таунсенда подводит нас только к началу самостоятельного разряда и дальше в своём первоначальном виде ничего дать не в состоянии. [c.235]

Эти опыты показывают, что прп атмосферном давлении теория Таунсенда не в состоянии объяснить ход развития разряда во времени. [c.245]

Зажигание разряда в длинных трубках. Теория Таун-сенда-Роговского не учитывает влияния на движение электронов в разряде ни поверхностных зарядов, образующихся на стенках разрядной трубки, ни других возможностей возникновения в разряде поперечного градиента потенциала. Она даёт наглядное и близко отвечающее действительности представление о процессах газового разряда в широких разрядных сосудах или, точнее, для случая, когда расстояние между электродами того же порядка или меньше, чем диаметр разрядной трубки. В случае длинных трубок картина зажигания разряда, даваемая теорией Таунсенда-Роговского, требует дополнений, особенно при очень Низких давлениях газа (порядка долей миллиметра рт. ст.). [c.255]

Согласно теории Таунсенда, развитие разряда, сопровождаемое увеличением разрядного тока, происходит, пока число электронов каждой последующей лавины электронов, выходящих из катода путём -процессов, больще, чем в предшествующей. Последовательные лавины как бы постепенно раскачивают друг друга. Таким образом, время формирования разряда, равное времени раскачивания электронных лавин, должно равняться времени прохождения нескольких лавин от катода до анода, включая каждый раз время на обратное движение положительных ионов от анода до катода. Это время, как показывают расчёты, должно быть при обычных размерах разрядных трубок порядка 10 секунды. [c.432]

Существенное значение приписывается процессам на катоде. По теории Таунсенда-Роговского самостоятельный разряд пе может развиваться и поддерживаться без процессов на катоде, за исключением случая высокочастотных разрядов. Для того чтобы длительно существовала плазма Ленгмюра, необходимо наличие области катодного падения тлеющего разряда или необходимо наличие в разрядной трубке катода, из которого происходит обильное выделение электронов путём термоэлектронной или автоэлектронной эмиссии. [c.394]

Разрядный промежуток принимается более или менее однородным. Так, в теории Таунсенда-Роговского число электронов, выходящих за 1 сек с каждого равновеликого элемента поверхности катода, считается одинаковым концентрация электронов и напряжённость электрического поля одинаковы для каждого поперечного сечения разрядного промежутка. В теории Ленгмюра вдоль оси разряда плазма однородна концентрация электронов и напряжённость поля (продольный градиент) постоянны. В направлении, перпендикулярном к оси разряда, продольная составляющая напряжённости поля также постоянна поперечная составляющая напряжённости поля и концентрация электронов меняются монотонно. Разряд проходит по всему поперечному сечению трубки. [c.394]

В своей теории Таунсенд вводит три коэффициента, характеризующих процесс ионизации газа электронами и положительными ионами. Таунсенд обозначает через се число ионов (и равное ему число свободных электронов), образуемых одним электроном на 1 см пути в направлении от катода к аноду вследствие неупругих столкновений электронов с нейтральными частицами газа, через Р — число свободных электронов, образуемых таким же образом одним положительным ионом на 1 см пути в направлении от анода к катоду. Коэффициенты ог и зависят от природы и давления газа и от напряжённости поля в данной точке разряда. При постоянном в пространстве и времени поле, что имеет место при плоских электродах, и постоянном [c.409]

В своей первоначальной теории Таунсенд придавал большое значение объёмной ионизации положительными ионами. Поэтому он вывел первоначально выражение для тока несамостоятельного разряда, учитывая лишь коэффициенты ос и и пренебрегая теми процессами, которые находят своё отражение в коэффициенте у. Мы дадим здесь вывод Таунсенда в расширенном виде, учитывая одновременно все три коэффициента с , и у. [c.413]

Режим, соответствующий точке Рг (рис. 183), устойчив потому, что при случайном увеличении тока ионизационное нарастание тотчас же становится меньше единицы и плотность тока разряда уменьшается. При случайном уменьшении тока происходит обратное. Сила тока, соответствующего точке Ро, очень велика. Таким образом, качественная теория Роговского хорошо объясняет возрастание тока при пробое и приводит к выводу, что это возрастание не безгранично, как это давала теория Таунсенда (приравнивание пулю знаменателя), а хотя и велико, но всё же конечно. [c.437]

Вместе с тем теория Роговского вводит нас в область самостоятельного разряда, в то время как теория Таунсенда бессильно останавливалась на границе перехода несамостоятельного разряда в самостоятельный. Отрезок ОЛ.1 (рис. 182) соответствует катодному падению потенциала в тлеющем разряде, горизонтальный отрезок Л4Л — малому градиенту потенциала в положительном столбе [1253]. Дальнейшее развитие теории зажигания разряда Роговским и другими смотрите [1233, 1214, 1375—1380]. [c.437]

Наиболее существенное расхождение теории Таунсенда-Роговского с действительностью в случае искрового разряда заключается в самом характере этой теории как теории непрерывного и сплошного разряда, описываемого дифференциальными уравнениями стационарного процесса в однородной сплошной среде. [c.549]

Обратимся ко второму условию соблюдение которого необходимо для того, чтобы мог образоваться и расти положительный стример. Основываясь на грубом параллелизме, имеющем место в разряде между явлениями ионизации и возбуждения газа, Лёб формулирует это условие так для образования положительного стримера необходимо наличие в головке лавины концентрации ионов ЛГ,-, не меньшей некоторой предельной концентрации соответствующей выходу из головки лавины коротковолновых фотонов, достаточной для поддержания роста стримера. При рй == 200 мм Нд см, т. е. в той области, где механизм теории стримеров начинает уступать место процессам, лежащим в основе теории Таунсенда-Роговского, подсчёт по уравнению (675) даёт 6,9 10 ионов в одном см . При р =760 мм Нд и й = 10 см — область, в которой теория Мика даёт результаты, согласные с опытом, тот же подсчёт даёт 8,8- 10 ионов в 1 см . На основании этих данных Лёб принимает за предельное значение —7 10 1 ион см , в первом приближении считает это значение величиной постоянной и пользуется им во всех своих подсчётах. [c.560]

С точки зрения теории Таунсенда-Роговского Ей должно удовлетворять условию перехода разряда из несамостоятельного в самостоятельный [c.603]

Недостаточность теории Таунсенда-Роговского для объяснения явлений искрового разряда. Стримеры. В случаях, когда пробой завершается сразу и коронвого разряда не возникает, напряжение зажигания искрового разряда при значениях произведения рй > 200 см мм Hg отличается от значений, подсчитанных по теории Таунсенда-Роговского. Более того, многочисленный ряд наблюдений различных физиков над искровым разрядом и твёрдо установленные ими экспериментальные факты приводят к ряду не только количественных, но и качественных расхождений с теорией разряда Таунсенда-Роговского [1870, 1917, 1913]. Эти расхождения между теорией и экспериментом можно распределить по следующим основным группам. [c.548]

В области обш,ей теории разряда другой метод подхода к явлениям газового разряда был указан в 1923 году Ленгмю-ром, установившим представление о газоразрядной плазме и указавшим пути экспериментального и теоретического исследования последней [1021—1023, 1581, 1582]. В новейшее время Лёб и его школа пошли по другому направлению в изучении газового разряда [1869, 1870, 1875]. Созданная этой школой теория искрового пробоя и кистевого разряда учитывает в числе основных элементарных процессов фотоионизацию в объёме газа и наряду с представлением об электронных лавинах Таунсенда вводит представление о стримерах . Этим путём в значительной степени удалось расшифровать явления искрового разряда и молнии, а также разряда с острия. Количественную теорию термической ионизации дал индийский физик Сага (1923 г.) [811]. Приложение теории Сага к отшнурованному дуговому разряду дали Эленбас и другие (1935 г.) [1837—1839]. Среди них Бойль впервые осуществил разряд в парах ртути при сверхвысоких давлениях порядка ста атмосфер и выше [1850. [c.29]

Самый механизм разряда Таунсенд рисует следующим образом. Для осуществления разряда необходимо образование свободных электронов при помощи постороннего ионизатора. Этот процесс может происходить во всём объёме газа (объёмная иснизация) или же только на катоде (поверхностная ионизация). Хотя для окончательных выводов теории безразлично, с каким пз этих двух видов ионизации мы имеем дело, для большей определённости наших рассуждений будем в дальнейшем предполагать, что электроны выделяются из поверхности катода вследствие облучения этой поверхности коротковолновой радиацией, причём число электронов, выделяющихся с 1 см поверхности катода в 1 сек. равно Пд, что соответствует плотности электронного тока с катода /о = епо. [c.410]

Теория Таунсенда была существенно дополнена в 1931— 1932 годах Роговским путём учёта искажения электрическою поля в разряде пространственными зарядами. Это дало возмоя -ность распространить теорию также и на самостоятельный тлеющий разряд. Что касается элементарных электронных и ионных процессов, играющих большую роль в современной электронике, то успешное их исследование и объяснение стало возможным только после открытия электрона в 1897 году и создания теории атома Бора в 1913 году. Из явлений на поверхности катода термоэлектронная эмиссия была обнарулгена в начало 80-х годов прошлого столетия Эдисоном, но не была им пи истолкована, ни применена. Только спустя полтора десятка лет эффект Эдисона был применён для создания первого электровакуумного прибора двухэлектродной катодной лампы , выпрямляющей переменный [c.16]

В новейшее время Лёб и его школа погнли но -1ругому направлению. Созданная этой школой теория искрового пробоя п кистевого разряда учитывает в числе основных элементарных процессов фотоионизацию в объёме газа и наряду с представлением об электронных лавинах Таунсенда вводит представление [c.17]

Теория Таунсенда. Таунсендовским разрядом называется такая форма разряда, при которой сила тока разряда настолько мала, что искажением поля, происходящим от пространственных зарядов, практически можно пренебречь. Своё наименование таунсендовский разряд получил по имени английского физика Таунсенда, который дал его теорию [18—20, 1218]. Таунсендов-ский разряд может быть как несамостоятельным, так и самостоятельным (при ограничении плотности разрядного тока большим внешним сопротивлением). От тихого несамостоятельного разряда таунсендовский разряд отличается тем, что в нём имеют место ионизация газа соударениями электронов и развитие электронных лаеин. От дальнейших стадий самостоятельного разряда таунсендовский разряд отличается тем, что благодаря малой плотности тока в нём можно пренебречь искажением поля пространственными зарядами. Постепенно развиваясь, разряд переходит из одной стадии в другую, из таунсендовского в тлеющий, из тлеющего в дуговой. Какой вид разряда устанавливается в стационарном состоянии, зависит, согласно рассмотренным в предыдущей главе внешним условиям устойчивости разряда, главным образом от сопротивления, введённого во внешнюю цепь. [c.409]

Однако решение задачи о лавинных разрядах путём использования вычисленных таким образом значений а, а также и значений а, полученных экспериментально, требует существенной оговорки. Дело в том, что и теоретические подсчёты и экспериментальные определения по методу Таунсенда относятся к значениям коэффициента а в постоянном поле, при котором соотношение между ажЕ1р является однозначным. Между тем, за исключением случая слабых токов несамостоятельного разряда между двумя параллельными друг другу плоскими электродами, на пути движения электрона а не остаётся постоянным. Кроме того, движение электронов как направленное, так и беспорядочное нельзя рассматривать как установившееся и строго соответствующее значению Е в данной точке, за исключением тех случаев, когда Е меняется от точки к точке очень медленно. Поэтому при строгом количественном решении задачи о лавинных разрядах в значения а, полученные указанным выше путём, надо вводить соответствующие поправки. Поправки тем больше, чем быстрее изменяется напряжённость поля с изменением расстояния от катода. Это относится, конечно, не только к разрядам между электродами, создающими неравномерное поле, но и к искажению поля пространственными зарядами. Тем не менее, теория лавинных разрядов в первом приближении, не учитывающая этих поправок, приводит к существенным, качественно правильным выводам. Поэтому данное приближение в очень большом числе практически важных случаев вполне приемлемо. [c.241]

Впервые сочетание фотоэффекта с несамостоятельным разрядом в газе исследовал А. Г. Столетов, назвавший совокупность наблюдаемых им явлений актино-электрическими явлениями. От наблюдений в воздухе при атмосферном давлении Столетов перешёл к измерениям при пониженном давлении и нашёл,что с уменьшением давления воздуха р сила актино-электрического тока сперва возрастает, затем начинает падать. Столетов установил, что если менять от опыта к опыту разность потенциалов между анодом и катодом, то максимум тока соответствует всегда одному и тому же определённому значению отношения напряжённости поля Е к давлению р. При построении своей теории Таунсенд исходил из экспериментальных результатов, полученных Столетовым. Он дал объяснение наблюдённому Столетовым явлению и ввёл для него [c.242]

Теория лавинных разрядов с учётом роли пространственных зарядов. Роговскпй существенно дополнил теорию Таунсенда [c.245]

Современные теории газового разряда, основанные на представлении об ионизации газа, ведут своё начало от классических работ Дж. Дж. Томсона, начертанной им в 1900 году картины разряда [51, 52] и от работ его ученика Таунсенда [18—20]. Теория Таунсенда была существенно дополнена в 1931—1932 годах Роговским [1214, 1215, 1248—1250] путём учёта искажения электрического поля в разряде пространственными зарядами. Это дало возможность распространить теорию также и на самостоятельный тлеюищй разряд. Явление термоэлектронной эмиссии было исследовано английским физиком Ричардсоном около 1900 года [54, 148]. Ричардсон дал первую количественную теорию этого элементарного процесса. Исследования ионизации [c.28]

Первой по времени количественной теорией газового разряда явилась теория электронных лавин Таунсенда. Эта теория приложима к несамостоятельному разряду и лищь подводит нас к явлению перехода разряда из несамостоятельного в самостоятельный. [c.391]

Теория Таунсенда-Роговского приложима к несамостоятельному таунсендоБСкому разряду, к катодным частям тлеющего разряда н к коронирующему слою коронного разряда. Характерная черта этих типов и областей разряда заключается в том, что в электронных лавинах направленное движение электронов преобладает над их беспорядочным тепловым движением. [c.392]

Основные явления газового разряда, не укладывающиеся в рамр и теорий Таунсенда-Роговского и Ленгмюра, во-первых, шнуровой разряд — форма разряда, имеющая место при больших довлениях газа и больших силах тока, и, во-вторых, всё разнообразие форм искрового разряда до наиболее грандиозной из них — молнии — включительно. Прежде всего эти виды разряда ни в коей мере не обладают той однородностью, о которой только что была речь. [c.394]

В ртутных лампах сверхвысокого давления количество ртути в лампе, прочность стенок и условия охлаждения рассчитаны таким образом, что эти лампы используются в зависимости от их типа при давлениях ртутного пара от 20 до 100 атм. При этом в узких капиллярных трубках отшнурование разряда достигает такой степени, что во всей трубке очень ярко светится только чрезвычайно тонкая полоска газа. Яркость свечения этого щнура приближается к яркости солнца и, наконец, превосходит её. Диаметр отщнурованного светящегося столбика в этих крайних случаях около 0,1 мм. К такому типу разряда совершенно не приложимы ни теория Таунсенда, ни теория Ленгмюра, так как положение этих теорий об однородности разрядного промежутка и о преобладающей роли ионизации толчком электронов отпадает. [c.395]

Искровой разряд возникает при большой разнице потенциалов между электродами как прерывистая и своеобразная форма разряда, сменяющая слабые токи несамостоятельного разряда. При не слишком больших расстояниях между электродами и не слишком больших давлениях газа напряжение зажигания искрового разряда (искровой потенциал) Уз может быть правильно рассчитано по теории Тауисеггда. Поэтому к искровому разряду подходили с точки зрения теории Таунсенда-Роговского и принимали развитие канала искры за развитие электронных лавин. Роговский предпринял дополнение теории Таунсенда с учётом пространственных зарядов для того, чтобы устранить противоречие между установленным им экспериментально чрезвычайно коротким временем формирования искрового разряда (<ЫО се/с при расстоянии между электродами в 1 сж и нормальном атмосферном давлении) и временем в 10 —10 сек, необходимым по теории Таунсенда для развития разряда. [c.396]

Непосредственное определение времени формирования разряда при искровом пробое в воздухе при атмосферном давлении показало, однако, что в этом случае время формирования разряда при расстоянии между электродами в 1 сл в 100 раз меньше, чем следует по теории Таунсенда. Роговский при помощи катодного осциллографа, способного регистрировать события, происходящие в течение 10 секунд, снял временной ход зажигания разряда в воздухе при атмосферном давлении. Чтобы исключить влияние постепенного нарастания напряжения, он пользовался ударной волной напряжения с очень крутым фронтом, бегущей по параллельным проводам, в конце которых находился испытуемый разрядный промежуток. Осциллографировалось напряжение на электродах разрядного промежутка. При возникновении разряда это напряжение падало до очень малых значений вследствие перераспределения напряжения в цепи при появлении разрядного тока. [c.432]

Опыты Роговского показывают, что при атмосферном давлении теория Таунсенда не в состоянии объяснить ход развития разряда во времени и что в основах этой теории надо сделать существенное изменение. По мнению Роговского, разногласие между теорией Таунсенда и экспериментом происходит из-за того, что тесрия Таунсенда считает поле между электродами равномерным, не учитывая искажений, вносимых в это поле пространственными зарядами в разрядном промежутке. Ещё до того момента, как успели образоваться и достичь катода первые таунсендовские лавины ионов, пробой уже произойдёт, потому что на некотором участке пробойного промежутка около катода вследствие наличия пространственных зарядов создаётся достаточно сильное для этого поле [1242]. [c.433]

Соображения Роговского о роли пространственных зарядов в разряде привели его к существенному дополнению теории Таунсенда и позволили новой теории Таунсенда-Роговского охватить не только несамостоятельный разряд, но и самый процесс перехода разряда в самостоятельный, а также ту стадию самостоятельного разряда, которая носрт наименование тлеющего разряда [1248, 1250]. Однако явление искрового пробоя и эта теория объяснить не смогла, так как искровой разряд не является чисто лавинным разрядом. [c.433]

Ни теория Таунсенда-Роговского, ни теория Ленгмюра не М01 ли объяснить существование катодного пятна и относящиеся к нему количественные соотнощения. Теория изотермической плазмы рассматривает катодные части дytoвoгo разряда при высоком и сверхвысоком давлении, как область постепенного перехода от высокой температуры шнура (около 6000° К) к сравнительно низкой температуре раскалённого ка- [c.520]

Изложение теории коронного разряда мы начнём с результатов применения к нему теории Таунсенда-Роговского и в 2—6 этой главы будем рассматривать корцнный разряд как однородное в пространстве и времени явление. Первые экспериментальные исследования по коронному разряду смотрите [2045—2048]. [c.602]

Приложениг теории Таунсенда к коронному разряду, но без учёта про-ртранственных зарядов в коронирующем слое см. также [2050]. [c.604]