试验名称：气体放电等离子体特性试验一.PDF

疾风资料库() 实验名称 ：气体放电等离子体特性实验 (一) 实验原理 :等 离子体是物质存在 的第 四种形态 ，与物质 三态 （固态 、液态 、气态 ）相 并 论 。等 离子体 由带正负 电荷 的粒子和 中性原子组成 ，并在宏观上保持 电 中性 。 气体辉光放 电现象分析 ： 当放 电管 内的气压 降低到几十个 毫米汞柱 以下 ，两极加 以适 当的电压 时 ，管 内气体开始辉 光放 电 ，辉光 由细到宽 ，布满整个管子 。当压力再 降低 时 ，辉光便分 为 明暗相 间的八个 区域 ， 而大 多数 的 区域集 中在 阴集 附近 。八个极分别是 ： I 阿斯顿 暗 区 ， II 阴极光层 ， III 阴极 暗 区 ，IV 负辉 区 ，V 法拉第 暗 区 ， V I 正辉 区 ，V II 阳极 暗 区和 V III 阳极辉光 。 I 阿斯顿 暗 区 (A st o n da rk s pace) :这是 紧靠 阴极 的一个极薄 的 区域 。电子 刚从 阴极发 出 ， 能量很小 ，不能使气体分子 电离和激发 ，因而就不能发光 ，所 以是 暗 区。长度约有 1 毫 米 。 II 阴极光层 (Cat hode lay e r) :在 阿斯顿 暗 区之后 ，很微薄 的发光层 。 因为 电子经过 区域 I 被加速 ，具有 了较大 的能量 ，当这些 电子遇到气体分子 时 ，发生碰撞 ，电子 的一部分能量使 气体分子 的价 电子激发 ，当它们跳 回到基态 时 ，便辐射发光 。 III 阴极 暗 区 (Cat hode da rk s pace) :紧靠 阴极光层 ，两者不易 区分 。 由于 电子经过 区域 II 时 ，绝大部分没有和气体分子碰撞 ，因此 它所具有 的能量是 比较大 的 ，但 电子激发气体分子 的能量又必须是在一定 的范 围 内 ，能量超过这一范 围则激发 的儿率是很小 的。 因此形成 了一个 暗 区。在这一 区域 中 ，形成 了极 强 的正空 间电荷 ，结果绝大部分 的管压都集 中在这一 区域和 阴 极之 间。于是正 离子 以很大 的速度打 向阴极 ，因而从 阴极又脱 出电子 ，而这些 电子又从 阴极 向 疾风资料库() 阳极方 向运动 ，再产生如上所述 的激发和 电离 的过程 。实验 已经确定 ，阴极 暗 区的长度 d 与气体压 强 P 的乘积是一个 常数 。即 ： Pd =常数 因此 当气体压 强 降低 时 ，阴极 暗 区的长度增加 。 IV 负辉 区 ( Negat iv e g low) :它是 阴极 暗 区后 面一个最 明亮 的 区域 ，并与 阴极 暗 区有 明显 的分界 。这一 区域 ，形成 了较 强 的负空 间电荷 ，也就形成 了负 电场 。 由于这些 电子速度小 ，很 容易 附着在气体分子上 ，形成负 离子 ，并与从 阴极 暗 区扩散 出来 的正 离子复合 而发光 。负辉 区 中离开 阴极越远 ，光 的强度也越来越弱 ，最后消失 。 V 法拉第 暗 区 ( Fa raday da rk s pace) :它 由负辉 区过渡而来 ，比上述各 区厚 。它的形成是 由于 电子在负辉 区中已损失 了大部分能量 ，进入这一 区域 内已经没有足够 的动能来使气体分子 激发 ，所 以形成 暗 区。法拉第 暗 区与负辉 区界 限不 明显 ，与 阳辉 区之 间有 明显 的界 限。 以上 I 至 N 区是 阴极位 降 区 ， I 至 V 区称 为 阴极部分 。 V I 正辉 区 ( Pos it iv e co lumn) :在法拉第 暗 区之后 出现一均匀光柱 ，亦称正柱 区。 因为 电 子在 电场 的作用下 ，通过法拉第 暗 区时 ，能量渐渐增加 ，但又不 断发生弹性碰撞 ，使 电子运动 方 向改变 ，进入正辉 区后 ，其速度将逐渐地接受麦克斯 韦分布律 。正辉 区又 叫等 离子 区 ，最主 要 的特点 ： (1)气体 的高度 电离 (2)在等 离子 区内 ，带正 电和带负 电的粒子 的浓度几乎相等 ， 因而形成 的空 间电荷 ，实 际上等于零 。等 离子