3. Изучение оптических и электрических параметров тлеющего разряда

Цель работы: изучение оптических и электрических параметров тлеющего разряда, изучение электрической схемы питания и управления параметрами самостоятельного разряда, знакомство с устройством и работой приборов и освоение элементов спектрального анализа.

3.1. Теоретическая часть

Электрический ток в газах (электрический разряд) подразделяется на самостоятельный и несамостоятельный. Самостоятельные разряды в свою очередь подразделяются на стационарные и нестационарные. К нестационарным относят разряды, в которых изменяется как величина тока разряда, так и процессы ионизации в объеме газа и на электродах. К стационарным разрядам относят разряды с постоянным во времени током. Самостоятельный разряд низкого давления при увеличении тока принимает формы таунсендовского (тихого), тлеющего и дугового разрядов. Область токов А-В соответствует таунсендовскому разряду, В-С переходной стадии к тлеющему разряду, С-Д нормальному тлеющему разряду, Д-Е аномальному тлеющему разряду и Е-F дуговому разряду.

Рисунок 3.1 – Вольт-амперная характеристика самостоятельного разряда в неоне при давлении Р = 1 мм. рт.ст

Отличительным признаком тлеющего разряда является распределение потенциала в газе, характеризуемое катодным падением потенциала порядка несколько сотен вольт. Это распределение потенциала (рис.2, кривая 1) обусловлено типичным для тлеющего разряда расположением пространственных зарядов. Вследствие характерного распределения потенциала тлеющий разряд состоит из нескольких характерных областей, отличающихся элементарными процессами и, соответственно, излучательными свойствами. Области тлеющего разряда показаны на рис. 3.2. В порядке следования от катода к аноду расположены:

1. Астоново темное пространство;

2. Iе катодное свечение (катодная светящаяся пленка);

3. Круксово темное пространство;

4. отрицательное тлеющее свечение;

5. Фарадеево темное пространство;

6. положительный столб (остов разряда);

7. анодное темное пространство;

8. анодное свечение.

Рисунок 3.2 – Зависимость интенсивности от длины колбы

2. Практическая часть

Задание 1. Градуировка монохроматора УМ-2

Рис. 1 – Расчётная функция градуировки для лабораторной установки.

Рис. 2 – Функция зависимости угла отклонения от длины волны.

Задание 2. Изучение спектрального состава излучения характерных областей тлеющего разряда

Для катода:

Используя градуировочную кривую, расшифровали спектральный состав излучения.

Рис. 3 – Свечение в области катода.

Рис. 4 – Свечение в области катода.

Для анода:

Используя градуировочную кривую, расшифровали спектральный состав излучения.

Рис. 5 – Свечение в области анода.

Рис. 6 – Свечение в области анода.

Исследовали зависимости интенсивности тлеющего разряда от расстояния между катодом и анодом. Где 0 - положение анода, 100 - положение катода.

При длине волны равной 706,63 нм.

Рис. 7 – Излучение при изменении расстояния между катодом и анодом для первого пика

При длине волны равной 460,20 нм.

Рис. 7 – Излучение при изменении расстояния между катодом и анодом для второго пика

Задание 3. Изучение вольтамперной характеристики тлеющего разряда

При 180 В:

Рис. 8 - ВАХ для 180 В

При 200 В:

Рис. 9 - ВАХ для 200 В

При 220 В:

Рис. 10 - ВАХ для 220 В

Таблица 1. Данные измерений для тлеющего разряда

180 В		200 В		220 В
I, мкА	U, В	I, мкА	U, В	I, мкА	U, В
0	350	2	500	3	600
3	480	10	380	11	420
19	350	24	270	31	340
40	310	52	250	65	310
4	300	8	240	10	300
5	290	10	250	13	300
7	280	17	250	20	280
600	270	600	250	600	280

Выводы: изучили оптические и электрические параметры тлеющего разряда; электрическую схему питания и управления параметрами самостоятельного разряда; устройство и работу приборов; освоили элементы спектрального анализа.