ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ДУГИ В ПОТОКЕ ГЕЛИЯ

II Республиканский Энергетический конкурс учащихся

Исследовательская работа

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ДУГИ В ПОТОКЕ ГЕЛИЯ

Сафин Ильшат Раилевич,

МБОУ «СОШ с. Большой Кукмор

с углубленным изучением отдельных предметов»

Кукморского района Республики Татарстан

Научный руководитель:

                                         Усманов Ф.М.

учитель физики  

КУКМОР, 2011 г

Со дер жа ние

  Вве де ние                                                                                                               3

  Свойст ва ге ли е вой плаз мы                                                          

    2.1. Сво бод ная энер гия иде аль ной плаз мы                                                     32

   2.2. За ви си мос ти сте пе ни ио ни за ции ге лия, кон цент ра ции элект ро нов

 и ато мов от тем пе ра ту ры и дав ле ния                                                                 33

    2.3. Нап ря жен ность элект ри чес ко го по ля в по ло жи тель ном стол бе ду ги

 в ге ли е вой плаз ме                                                                                                    

        2.3.1. Экс пе ри мен таль ное оп ре де ле ние нап ря жен нос ти элект ри чес–

 ко го по ля                                                                                                                 37

        2.3.2. За ви си мость нап ря жен нос ти элект ри чес ко го по ля от рас хо да

 ге лия, ди а мет ра ду го вой ка ме ры и си лы то ка                                                   40

     Зак лю че ние                                                                                                      42                                                                                                                                                                                                                     Ли те ра ту ра                                                                                                       43

Вве де ние

      Об ласть ис поль зо ва ния низ ко тем пе ра тур ной плаз мы в науч но- исс ле до ва тельских и про мыш лен ных  це лях про дол жа ет неп ре рыв но рас ши рять ся. Плаз мо хи мия, ме тал лур гия, об ра бот ка ма те ри а лов,  ма ши ност ро е ние, плаз мен ные дви га те ли, ла зер ная тех ни ка - вот да ле ко не пол ный пе ре чень уже ос во ен ных об лас тей при ме не ния низ ко тем пе ра тур ной плаз мы и ду го вых плаз мот ро нов.

      Ин те рес к этой но вой об лас ти нау ки и тех ни ки не слу ча ен. Плаз мот ро ны– чрез вы чай но гиб кий инст ру мент для науч но – тех ни чес ких це лей, так как по теп ло вым, энер ге ти чес ким и эксп лу а та ци он ным па ра мет рам ох ва ты ва ют очень ши ро кий ди а па зон. Теп ло вую мощ ность ст руи мож но из ме нять от де сят ков ватт до де сят ков ме га ватт, тем пе ра ту ру – от 1000 до 50000 К, эф фек тив ный кпд наг ре ва мо жет до хо дить до 90 %, ре сурс неп ре рыв ной ра бо ты – до 1000 ч. При этом плаз мот ро ны прос ты по конст рук ции и лег ки в уп рав ле нии про цес сом. Бла го да ря этим ка чест вам в не ко то рых от рас лях тех ни ки и про мыш лен нос ти они ста ли единст вен ным и не за ме ни мым средст вом ре ше ния ря да проб лем, поз во лив шим осу щест вить но вые тех но ло ги чес кие про цес сы, ко то рые прин ци пи аль но не воз мож но бы ло ре а ли зо вать ра нее из вест ны ми ме то да ми.

Тер мин  “п лаз ма” в фи зи ке был вве ден в 1929 г. аме ри канс ки ми уче ны ми         И. Ленг мю ром и Л. Тонк сом.

      При   дос та точ но   силь ном   наг ре ва нии   лю бое   ве щест во   ис па ря ет ся, прев ра ща ясь в газ. Ес ли уве ли чить тем пе ра ту ру и даль ше, то на чи на ет ся про цесс   тер ми чес кой   ио ни за ции.   Ио ни за ци ей   на зы ва ют   об ра зо ва ние по ло жи тель ных  и  от ри ца тель ных  ио нов  и  сво бод ных  элект ро нов  из элект ри чес ки нейт раль ных ато мов и мо ле кул. Об рат ный про цесс на зы ва ет ся ре ком би на ци ей. Но си те ля ми за ря да в плаз ме яв ля ют ся элект ро ны и ио ны, об ра зо вав ши е ся в ре зуль та те ио ни за ции га за. От но ше ние  чис ла ио ни зо ван ных ато мов к пол но му их чис лу в еди ни це объ е ма плаз мы на зы ва ют сте пенью ио ни за ции плаз мы (x).

Сред ние ки не ти чес кие энер гии раз лич ных ти пов час тиц, сос тав ля ю щих плаз му, мо гут быть раз ны ми. Поэ то му в об щем слу чае плаз му ха рак те ри зу ют не од ним зна че ни ем тем пе ра ту ры, а нес коль ки ми – раз ли ча ют элект рон ную тем пе ра ту ру Те, ион ную тем пе ра ту ру Тi и тем пе ра ту ру нейт раль ных ато мов Та. Плаз му с ион ной тем пе ра ту рой Тi < 105  К на зы ва ют низ ко тем пе ра тур ной, а с Тi > 106 К – вы со ко тем пе ра тур ной.

      Вы со ко тем пе ра тур ная плаз ма яв ля ет ся ос нов ным объ ек том исс ле до ва ния по УТС (уп рав ля е мо му тер мо я дер но му син те зу).

      Низ ко тем пе ра тур ная плаз ма на хо дит при ме не ние в га зо раз ряд ных ис точ ни ках све та, га зо вых ла зе рах, МГД – ге не ра то рах и др.  Раз ви тие это го но во го нап рав ле ния обус лов ле но ус пеш ной раз ра бот кой спо со бов и уст ройств, поз во ля ю щих ста ци о нар но удер жи вать по то ки плот ной плаз мы и уп рав лять ими. Та кие уст ройст ва по лу чи ли наз ва ние плаз мот ро нов или ге не ра то ров низ ко тем пе ра тур ной плаз мы. В плаз ме вза и мо дейст вие час тиц меж ду со бой ха рак те ри зу ет ся ку ло новс ки ми си ла ми при тя же ния и от тал ки ва ния, убы ва ю щи ми с расс то я ни ем го раз до мед лен нее,  чем  си лы  вза и мо дейст вия  нейт раль ных час тиц. На плаз му очень силь но дейст ву ют элект ро маг нит ные по ля, а на нейт раль ные га зы они дейст ву ют весь ма сла бо. Элект ро маг нит ные по ля вы зы ва ют в плаз ме по яв ле ние объ ем ных за ря дов и то ков и це лый ряд спе ци фи чес ких свойств.

Свойст ва ге ли е вой  плаз мы

1.1. Сво бод ная энер гия плаз мы

     Энер гию мо ле ку лы за пи шем в ви де

                                         ,                                                 (1.1)

где пер вый член есть ки не ти чес кая энер гия пос ту па тель но го дви же ни я; Е- уров ни энер гии, со от ветст ву ю щие вра ща тель но му дви же нию и внут рен не му сос то я нию мо ле ку лы. Пос ту па тель ное дви же ние всег да ква зик лас сич но. Поэ то му чис ло кван то вых сос то я ний, со от ветст ву ю щих объё му фа зо во го прост ранст ва

рав но

В (1.1) сум ми ро ва ние про из во дят ся по всем сос то я ни ям од ной час ти цы. Поэ то му

                                              (1.2)

Тог да из (1.1) для сво бод ной энер гии по лу ча ем вы ра же ние

                                                                         (1.3)

      Ес ли пре неб ре гать вза и мо дейст ви ем меж ду элект рон ны ми сос то я ни я ми, ко ле ба ни я ми и вра ще ни я ми, мо жем за пи сать

                                     ,        

                 ,

                                        .                                                    (1.4)

                                         .

     Вра ща тель ная сум ма для ли ней ной мо ле ку лы при тем пе ра ту ре, го раз до боль ше энер гии вра ща тель но го кван та, по делён ной на k, рав на

                                              ,                                                  (1.5)

где I – мо мент инер ции ли ней ной мо ле ку лы. Для дву ха том ной мо ле ку лы, сос то я щей из оди на ко вых мо ле кул =2. Ес ли ато мы раз ные, то  =1. Для не ли ней ной мно го а том ной мо ле ку лы

                                               ,                                         (1.6)

где

                                                  ,

 - фак тор сим мет рии.

   Ста тис ти чес кая  сум ма гар мо ни чес ко го ос цил ля то ра час то ты  оп ре де ля ет ся фор му лой

                                                     .                                           (1.7)

     Ес ли мо ле ку ла об ла да ет нес коль ки ми ко ле ба тель ны ми сте пе ня ми сво бо ды, то её пол ная ко ле ба тель ная сум ма предс тав ля ет ся в ви де про из ве де ния сом но жи те лей, со от ветст ву ю щих всем нор маль ным ко ле ба ни ям.

        Элект рон ная ста тис ти чес кая сум ма за пи сы ва ет ся как

                                                    ,                                                   (1.8)                                                    

где E - энер гия k-то го кван то во го сос то я ния. Ес ли уров ни вы рож де ны, то мож но за пи сать

                                                 ,                                                  (1.9)

где - ста тис ти чес кий вес сос то я ния  с энер ги ей E. Здесь сум ми ро ва ние про из во дит ся по зна че ни ям энер гии.

1.2. За ви си мос ти сте пе ни ио ни за ции ге лия и кон цент ра ции элект ро нов от тем пе ра ту ры и дав ле ния

       Фор му лу Са ха мож но уп рос тить при низ ких тем пе ра ту рах. При низ кой тем пе ра ту ре сте пень ио ни за ции ма ла и ве ли чи ной х2 мож но пре неб ре гать по срав не нию с еди ни цей. Тог да из (2.27) по лу чит ся

                                      ,                                    (1.10)

или

                                          .                             (1.11)

      Как вид но из (1.11), в этом слу чае сте пень ио ни за ции растёт с по вы ше ни ем тем пе ра ту ры, по ни же ни ем дав ле ния, умень ше ни ем по тен ци а ла ио ни за ции.

      Сте пень ио ни за ции при за дан ных р и Т расс чи ты ва ет ся по вы шеп ри ведён ным фор му лам. Об щая кон цент ра ция час тиц оп ре де ля ет ся из урав не ния сос то я ния

                                                       .                                                         (1.12)

Зная  и n,  мо жем най ти кон цент ра цию элект ро нов

                        ,

                                     ,               .                              (1.13)

      Для ге лия  

                                        ,

где k - пос то ян ная Больц ма на, k =1.38·10-23, h – пос то ян ная План ка, h= 6,63·10-34,  зна че ния тем пе ра ту ры в ди а па зо не  Т =104…25·103  с ша гом в 103. Зна че ния дав ле ний р1=104,  p2=105, p3=106, φ – по тен ци ал ио ни за ции ато ма ге лия, φ=24,5 В, me – мас са элект ро на, me=9.1·10-31. От но ше ние  . Ре зуль та ты рас че тов при ве де ны на рис. 1.1.

       При по вы ше нии тем пе ра ту ры сте пень ио ни за ции х сна ча ла уве ли чи ва ет ся мед лен но, за тем воз рас та ет рез ко и в даль ней шем рост сте пе ни ио ни за ции сно ва за мед ля ет ся. Ди а па зо ны тем пе ра тур этих ха рак те рис тик об лас тей за ви сят  от ве ли чи ны дав ле ния. При р= 104 Па, Т = 25·103  К  про цесс ио ни за ции прак ти чес ки за вер ша ет ся. При  р= 105 Па, Т = 25·103  К  наб лю да ет ся мед лен ный рост сте пе ни ио ни за ции,  ио ни за ция про дол жа ет ся. При р= 106 Па, Т = 25·103  К ещё про дол жа ет ся ин тен сив ный рост сте пе ни ио ни за ции.

Рис. 1.1. За ви си мость сте пе ни ио ни за ции от тем пе ра ту ры: 1 при

 р= 104 Па, 2 при р=105 Па, 3 при р=106 Па.

 Рис. 1.2. За ви си мость кон цент ра ции элект ро нов от тем пе ра ту ры: 1 при

 р= 104 Па, 2 при р=105 Па, 3 при р=106 па.

 Рис. 1.3. За ви си мость кон цент ра ции ато мов от тем пе ра ту ры: 1 при

 р= 104 Па, 2 при р=5∙104 Па, 3 при р=106 Па.

Рис. 1.4. За ви си мость сте пе ни ио ни за ции от дав ле ния при Т=2∙104 К.

Рис.1.5. За ви си мость кон цент ра ции элект ро нов от дав ле ния при Т=2∙104 К.

Рис. 1.6. За ви си мость кон цент ра ции ато мов от дав ле ния при Т=2∙104 К.

1.3. Нап ря жен ность элект ри чес ко го по ля и ВАХ элект ри чес кой ду ги в ге ли е вой плаз ме

1.3.1. Экс пе ри мен таль ное оп ре де ле ние нап ря жен нос ти

элект ри чес ко го по ля

        Исс ле до ва ния свя зи по тен ци а лов стен ки ду го вой ка ме ры и ду ги це ле со об раз но про вес ти на при ме ре од но ка мер но го сек ци о ни ро ван но го плаз мот ро на. Его ос нов ны ми де та ля ми яв ля ют ся ох лаж да е мые во дой элект ро ды m и s и изо ли ро ван ные друг от дру га сек ции 0, 1, 2… Плаз мо об ра зу ю щий газ по да ет ся че рез тан ген ци аль ные от верс тия в коль це зак рут ки В, рас по ло жен ном меж ду элект ро дом m и ну ле вой сек ци ей. Для умень ше ния утеч ки то ка и по вы ше ния точ нос ти из ме ре ний сек ции ох лаж да ют ся по то ком воз ду ха (рис. 1.7).

        Не са мос то я тель ный раз ряд вы рав ни ва ет по тен ци а лы сек ции и ду ги. Пос коль ку ток не са мос то я тель но го раз ря да мал и элект роп ро вод ность ма те ри а ла сек ции ве ли ка, то по тен ци ал сек ции jn мож но счи тать пос то ян ным  (рис. 1.8,а). Ес ли элект род m слу жит ка то дом (пря мая по ляр ность), то по тен ци ал j по ло жи тель но го стол ба воз

рас та ет в нап рав ле нии оси z. Раз ность по тен ци а лов , под дер жи ва ю щая не са мос то я тель ный раз ряд, вдоль сек ций из ме ня ет ся, в се че нии  она ме ня ет знак. Та ким об ра зом, по тен ци ал n-й сек ции ра вен по тен ци а лу ду ги в се че нии . Со от ветст вен но в се че нии  ме ня ет знак и ра ди аль ная сос тав ля ю щая jr плот нос ти то ка. Пос коль ку сек ция элект ри чес ки изо ли ро ва на, расп ре де ле ние jr  удов лет во ря ет ус ло вию . Внут ри n-й сек ции в об лас ти z <  плот ность то ка нап рав ле на от стен ки сек ции к стол бу ду ги, за ряд пе ре но сит ся в ос нов ном элект ро на ми (рис. 1.8,б ), а в об лас ти  z >  плот ность то ка нап рав ле на от стол ба к стен ке сек ции, за ряд пе ре но сит ся ио на ми и элект ро на ми, воз ни ка ю щи ми бла го да ря фо топ ро цес сам, тер моэ лект рон ной и вто рич ной эмис си ям.

Рис. 1.7. Плаз мот рон с сек циони ро ван ным ка на лом.

Рис. 1.8. Ка чест вен ная  кар ти на  расп ре де ле ния  по тен ци а ла и плот нос ти                                                                                                                                                                                то ка не са мос то я тель но го раз ря да:  1 — столб ду ги; 2 — сек ция.

       Ес тест вен но, воз ни ка ет воп рос о том, где рас по ла га ет ся се че ние  . Ког да ду га поч ти сов сем за пол ня ет ка нал, се че ние  на хо дит ся близ ко к се че нию z=ln , плот ность элект рон но го то ка  в об лас ти ln < z <  зна чи тель но пре вы ша ет плот ность ион но го то ка в об лас ти   < z < ln+1 . Та кая си ту а ция наб лю да ет ся в ци линд ри чес ких ду гах при очень ма лых рас хо дах га за. Слу чай, ког да меж ду стен кой ду го вой ка ме ры и стол ба ми ду ги име ет ся зна чи тель ный слой хо лод но го га за, тре бу ет осо бо го расс мот ре ния. С этой целью расс мот рим ре зуль та ты    сле ду ю щих экс пе ри мен тов.

      При пря мой по ляр нос ти плаз мот ро на (т — ка тод, s — анод) и d = 0,02 м сек ция, для ко то рой  = 0,01 и ln = 0,155 м, за ме ня лась пятью сек ци я ми тол щи ной по 0,0015 м (с уче том изо ля то ра 0,002 м). На рис. 1.9 точ ки 2 предс тав ля ют со бой по тен ци а лы этих тон ких сек ций при то ке ду ги 100 А и рас хо де воз ду ха 0,0081 кг ×с-1, а точ ки 1— по тен ци а лы сек ции с  = 0,01 м при тех же зна че ни ях I и G. На гра фи ке точ ки 1 от не се ны к сред ним се че ни ям сек ций. Точ ки 2 хо ро шо ло жат ся на кри вую расп ре де ле ния по тен ци а ла, оп ре де лен ную при по мо щи сек ции тол щи ной 0,01 м, по это му мож но счи тать, что в ус ло ви ях экс пе ри мен та по тен ци ал сек ций ра вен по тен ци а лу ду ги в сред нем се че нии сек ции.

     Сп ра вед ли вость это го вы во да для пря мой по ляр нос ти так же про ве ре на пу тем из ме ре ния по тен ци а ла элект ри чес ки замк ну тых сек ций п, п + 1, n + 2, n + 3,  п + 4 при ln = 0,194 м,    d = 0,02 м,    I = 100 А, G = 0,0082 кг × с-1, l = 0,292 м. На рис. 1.10 точ ка 2 предс тав ля ет со бой по тен ци ал замк ну тых сек ций, а точ ки 1— по тен ци а лы тех же сек ций до их за мы ка ния. Как вид но, точ ка 2 сов па да ет с по тен ци а лом сред ней сек ции. Та ким об ра зом, да же для сек ций  = 0,05 м ее по тен ци ал ра вен по тен ци а лу ду ги в сред нем се че нии.

Ана ло гич ные экс пе ри мен ты про во ди лись и при об рат ной по ляр нос ти плаз мот ро на (т — анод, s — ка тод). На рис. 1.10 точ ки 3 предс тав ля ют со бой по тен ци а лы пя ти изо ли ро ван ных друг от дру га сек ций, а точ ка 4— по тен ци ал тех же сек ций при за мы ка нии меж ду со бой. В дан ном слу чае по тен ци ал замк ну тых сек ций за мет но от ли ча ет ся от по тен ци а ла сред ней сек ции. Это отк ло не ние мо жет быть объ яс не но на ос но ве расс мот ре ния вольт-ам пер ных ха рак те рис тик не са мос то я тель но го раз ря да, предс тав лен ных на рис. 1.11.

        В опи сан ных экс пе ри мен тах па де ние по тен ци а ла на дли не стол ба, рав ной тол щи не сек ции, сос тав ля ло 10— 30 В. При ли ней ном расп ре де ле нии по тен ци а ла вдоль ду ги по тен ци а лы со сед них сек ций от ли ча ют ся на эту же ве ли чи ну. Не об хо ди мо бы ло вы яс нить, не из ме ня ет ся ли по тен ци ал jn из-за вли я ния со сед них сек ций при су щест во ва нии та ких раз нос тей по тен ци а лов. Для про вер ки сек ция ln = 0,245 м, = 0,01 м при I = 182 А, G= 0,02 кг × с-1 и пря мой по ляр нос ти плаз мот ро на за мы ка лась с ано дом, т. е. на нее по да вал ся по тен ци ал око ло 600 В, в то вре мя как ее пла ва ю щий по тен ци ал (т. е. по тен ци ал изо ли ро ван ной сек ци и) был ра вен 285 В. За мы ка ние с ано дом не вли я ло на по тен ци а лы со сед них сек ций. Та ким об ра зом, как и в слу чае ци линд ри чес кой ду ги, воз му ще ни ем по тен ци а ла сек ции из-за вли я ния со сед них сек ций мож но

Рис. 1.11. Вольт-амперные харак- теристики несамостоятельного разряда между дугой и секциями канала при токе дуги 100 А, li=0,292 м,  G- 0,008 кг × с-1 (воздух); 1, 2, 3 - li = 0,163 м; 4, 5, 6- li=0,236 м.

.пре неб речь. На рис. 2.11 вид но, что для сек ций ln = 0,163 м при -30 < U¢< 160 В и lп = 0,236 м при -6 < U¢ < 10 В за ви си мость U' от I' поч ти ли ней ная. На ли ней ном участ ке U' — I' - ха рак те рис ти ки пла ва ю щий по тен ци ал сек ции ра вен по тен ци а лу ду ги в сред нем се че нии сек ции. Срав не ние кри вых на рис. 1.11 по ка зы ва ет, что с рос том lп их ли ней ные участ ки око ло на ча ла ко ор ди нат умень ша ют ся. Поэ то му при боль ших lп для то го, что бы пла ва ю щий по тен ци ал мож но бы ло при рав нять по тен ци а лу ду ги в сред нем се че нии сек ции, тре бу ет ся сек ция ма лой тол щи ны. В про тив ном слу чае сек ция при об ре та ет по тен ци ал ду ги в се че нии, сме щен ном от сред не го.

Вер нем ся к объ яс не нию ре зуль та тов рис. 1.10. Для это го вос поль зу ем ся сле ду ю щи ми свойст ва ми U' — I'-ха рак те рис тик: 1) при U' = const с рос том ln рас тет I', 2) для оди на ко вых ln, ес ли ½ U1'½ = ½U2¢½, U1' > 0, U2¢ < 0, то         ½ I1'½³½I2¢½. Расс мот рим слу чай пря мой по ляр нос ти, ког да сек ции n, n + 1, n + 2, n + 3 и n + 4 замк ну ты. Для сек ции n, п + 1 име ем U' > 0, для сек ций п + 3, п + 4, U' < 0. Кро ме то го, ln+3 и ln+4 боль ше lп и ln+1. Бла го да ря этим свойст вам U' — I'-ха рак те рис тик на то ки че рез сек ции п +3 и п + 4 от ри ца тель ность U' и уве ли че ние расс то я ния от элект ро да т до сек ций влия ют в про ти во по лож ных нап рав ле ни ях, т. е. эти фак то ры ком пен си ру ют ся. Поэ то му по тен ци ал пя ти замк ну тых сек ций ра вен по тен ци а лу сред ней сек ции. При об рат ной по ляр нос ти ука зан ные фак то ры дейст ву ют в од ном нап рав ле нии, уве ли чи вая плот ность по ло жи тель ных то ков че рез пос лед ние сек ции. Поэ то му се че ние с ну ле вой плот ностью то ка, где по тен ци а лы ду ги и замк ну тых сек ций рав ны, сме ща ет ся вниз по то ку [27].

1.3.2. За ви си мость нап ря жен нос ти элект ри чес ко го по ля от рас хо да ге лия, ди а мет ра ду го вой ка ме ры и си лы то ка

       Исс ле до ва ния нап ря жен нос ти элект ри чес ко го по ля про во ди лись в ди а па зо не па ра мет ров, ука зан ных в таб ли це 4. На рис. 1.12 при ве де на за ви си мость нап ря жен нос ти E от то ка I при G = 0.004 кг×с-1,  d = 0.01 м. На этом же ри сун ке для срав не ния при ве де ны E-I ха рак те рис ти ки дру гих га зов.                                                                                                                                                                                                                                                Таб ли ца 4

Как вид но, E- I ха рак те рис ти ка яв ля ет ся па да ю щей. Опыт ные дан ные обоб ща ют ся эм пи ри чес кой фор му лой

.

 Из этой фор му лы вид но, что нап ря жен ность рас тет с умень ше ни ем ди а мет ра ду го вой ка ме ры и уве ли че ни ем рас хо да ге лия. В опы тах рас ход ге лия из ме нял ся от  до  кг                                                                                                                                                                                                   с-1, а чис ло Рей нольд са на вхо де в ка нал — от 103 до 2,6 04. Та кая не о жи дан ная воз мож ность обоб ще ния                                                                                       дан ных од ной фор му лой объ яс ня ет ся, по-ви ди мо му, тем, что в этом ди а па зо не па ра мет ров ди а метр ду ги нас толь ко мал, что в зо не по ло жи тель но го стол ба ос нов ную роль иг ра ют обыч ная теп лоп ро вод ность и                                                                                                                                                                                                                      

Рис. 1.12.  Е - /-ха рак те рис ти-      из лу че ние, а ролью тур бу лент но го пе ре но са  мож но                                            

  ки ду ги в раз лич ных га зах при

 G = 0,004  кг • с-1, d  = 0,01  м:        пре неб речь.

/ — ге лий; 2 — азот; 3 — ар гон;

4 — воз дух.

      Ко ли чест вен ное и ка чест вен ное от ли чие Е — I ха рак те рис тик дуг в раз лич ных га зах объ яс ня ет ся раз ли чи ем фи зи чес ких свойств га зов. Из срав не ния кри вых 1 и 3 (рис. 1.12), что в инерт ных га зах с умень ше ни ем мо ле ку ляр но го ве са нап ря жен ность по вы ша ет ся, а зна че ние I, со от ветст ву ю щее ми ни му му Е, сд ви га ет ся в сто ро ну боль ших то ков. Нап ря жен ность в азо те нес коль ко вы ше, чем в воз ду хе. Од на ко от ли чие не ве ли ко. Нап ря жен ность в кис ло ро де нес коль ко ни же, чем в воз ду хе. Та ким об ра зом, зна че ние Е для воз ду ха, ко то рый сос то ит в ос нов ном из азо та и кис ло ро да, на хо дит ся меж ду зна че ни я ми E для его ком по нен тов. И в мо ле ку ляр ных га зах нап ря жен ность по вы ша ет ся с умень ше ни ем мо ле ку ляр но го ве са. Так, зна че ние Е для во до ро да зна чи тель но вы ше, чем для азо та.

Зак лю че ние

   Ос нов ные ре зуль та ты сво дят ся к сле ду ю ще му:

1. Расс мот ре ны  ме то ды рас че та тер мо ди на ми чес ких свойств плаз мы. Про из веде н рас че т  зависимостей сте пе ни ио ни за ции, концентрации электронов и атомов от давления и температуры ге ли е вой плаз мы.
2.  Экс пе ри мен таль но оп ре де ле ны за ви си мость нап ря жен нос ти элект ри чес ко го по ля в по ло жи тель ном стол бе элект ри чес кой ду ги в ге ли е вой плаз ме в диапазонах изменения диметра дуговой камеры (0,01–0,03) м, расхода гелия (0,5–4)×10–3 кг/с и силы тока (30–180) А.
3. Получена эмпирическая формула для расчета напряженности электрического поля в гелиевой плазме в указанном выше диапазонах параметров.
4. Полученные результаты могут быть использованы в расчетах генераторов гелиевой плазмы.

Ли те ра ту ра

1. Ви ног ра дов Г.К., Ива нов Ю.А. // Хи мия вы сок. энер гий. – 1978. – Т. 12, № 6. – С. 542 - 546.
2. Ви ног ра дов Г.К. //  Экс пе ри мен таль ное исс ле до ва ние плен ко об ра зо ва ния   в тле ю щем раз ря де по ни жен но го дав ле ния: Ав то реф. дис. …канд. хим. наук: 02.00.04. – М.,1979. – 22с.
3. Ви ног ра дов Г.К., Иман ба ев Г.Ж., Сло вец кий Д.И. // 6 - я Все со юз ная кон фе рен ция по фи зи ке низ ко тем пе ра тур. плаз мы, г. Ле нинг рад, сент. 1983 г.: Тез. докл.  – Л., – 1983. – Т. 1. – С. 129 – 130.
4. Ви ног ра дов Г.К., Иман ба ев Г.Ж., Сло вец кий Д.И. // Ме ха низ мы  плаз мо-хи ми чес ких ре ак ций уг ле во до ро дов и уг ле ро до со дер жа щих мо ле кул. – М.: ИНХС АН СССР, 1985. – С. 57 – 82.
5. Ви ног ра дов Г.К., Иман ба ев Г.Ж. // 4 - й Все со юз. симп. по плаз мо хи мии.: Тез. докл., г. Днеп ро пет ровск, 3 – 5 сент. 1984 г.
6. Ви ног ра дов Г.К., Иман ба ев Г.Ж., Сло вец кий Д.И. //  Син тез со е ди не ний в плаз ме, со дер жа щей уг ле во до ро ды. – М.: ИНХС АН СССР, 1985. – С. 80 – 98.
7. Василец В.Н., Тихомиров Л.А., Пономарев А.Н.// Химия высок. энергий.-1979.- Т.13,№2.-С.171-174.
8. Байдаровцев Ю.П.// Исследование механизма взаимодействия плазмы тлеющего разряда с политетрафторэтиленом: Изучение свойств плазмомодифицированных материалов: Автореф. дис. канд. физ.-мат. наук: 01.02.05.-М., 1984.- 20 с.
9. Виноградов Г.К., Иванов Ю.А., Полак Л.С.// Химия высок. энергий.-1981.-Т.15,№2.-С.153-159.
10. Ви ног ра дов Г.К., Ива нов Ю.А., По лак Л.С., Сло вец кий Д. И. // Хи мия вы сок. энер гий. – 1983. – Т. 17, № 4. – С. 372 – 377.
11. Ви ног ра дов Г.К., Ива нов Ю.А., По лак Л.С. // Хи мия вы сок. энер гий. – 1980. – Т. 14, № 2. – С. 174  – 178.
12. Иман ба ев Г.Ж., Сло вец кий Д.И. // 4-й Все со юз. симп. по плаз мо хи мии. г. Днеп ро пет ровск, 3 – 5 сент. 1984 г.: Тез. докл. – Днеп ро пет ровск, 1984. – Т. 2. – С. 142 – 143.
13. Донской А.В., Клубникин В.С. Электроплазменные процессы и установки в машиностроении.- Л.: Машиностроение, 1979.-221 с.
14. Кулагин И.Д., Николаев А.В. Дуговая плазменная струя как источник теплоты при обработке материалов.- Свароч. пр-во, 1959, №9, с. 1–6.
15. Клубникин В.С., Смирнов В.Г. Особенности многодуговых плазменных сиситем // Изв. вузов. Электромеханика.-1984.-№9.-С.27-33.