Газдың иондалуы. Плазма туралы түсінік

 

Кә дімгі жағ дайда ә р тү рлі газдар мен оның қ осылыстары (ауа, аргон, сутегі, гелий, кө мір қ ышқ ыл газы жә не т.б.) электр тогын ө ткізбейді. Ө ткізгіштік газдық ортада молекула мен атомнан басқ а, бос зарядталғ ан бө лшектер – электрондар, иондар (оң немесе теріс) болғ анда пайда болады да, газ плазмағ а айналады.

Плазма тө ртінші жағ дайда тұ рғ ан (қ атты, сұ йық жә не газ тә різдіден басқ а) зат, бейтарап молекула мен атом, сосын электр тогын ө ткізіп, магнитті газ динамика заң ына бағ ытталатын иондар мен электрондардың - зарядталғ ан бө лшектердің болуымен сипатталады. Газдың плазмағ а айналуы бірнеше сипатта жү реді. Молекулалы газдар ү шін бірнеше ү рдіс диссоциация - атомдар тү зіледі. Газда зарядталғ ан бө лшектер – газ иондауын – оның қ ыздыруынан, рентген энергиясы немесе ультракү лгін сә уле жұ тылуынан, оптикалық квант генератор сә улелерінен (лазері), теріс иондар ә серінен жә не т.б. болады.

Теріс иондар молекула немесе атомдар электронды ұ стап қ алғ анда, яғ ни электронның жылдамдығ ы ө те аз кезде электрлік ө рістің элементі ү шін пайда болуы мү мкін. Оң иондар бейтарап бө лшек бір немесе бірнеше электроннан айырғ анда пайда болады.

Иондардің тү зілуі электрондардың жә не теріс иондардың арасында тартушы Кулон кү штерін жең уге кететін энергия шығ ынын қ ажет ететін иондалу потенциалын А_и анық тайтын энергиясы деп атайды. Атомның иондану потенциалы атоммен соқ тығ ысқ анда жеткілікті кинетикалық энергияны алуғ а қ ажетті электрондардың потенциалдарының айырымына тең. Сондық тан ө лшемдер электрон –вольтпен (эВ) ө рнектеледі.

Иондану жұ мысы элементтің химиялық активтілігін анық тайды, себебі иондану кезінде білікентті электрондар ашылады;

эВ, ал цезий ү шін - 3.96 эВ, калийде - 4.3 эВ, цирконийде -6.8 эВ, темірде - 7.6 эВ, сутегінде - 13.6 эВ, азотта - 12.4 эВ, гелийде - 24, 6 эВ. Атоммен ә лсіз байланысқ ан электрон жұ лынғ аннан кейін, берік байланысқ ан электрон жұ лынады. Сонымен бірге кө птеген ионданғ ан ион тү зіледі. Иондану энергиясы кө теріледі де кө бейеді, мысалы 4·75.6 эВ (екі ретті иондану) жә не ү ш ретті иондану ү шін, мысалы, Ве ү шін - 153.8 эВ қ ұ райды.

Электр ө рісіндегі зарядталғ ан бө лшектер қ озғ алысы бірдей жылдамдық ты, дененің еркін тү суіне сә йкес заряды мен бө лшек ә сер ететін кү шке тә уелді.

 

(3.75)

мұ ндағ ы Е - электр ө рісінің кернеулігі, В/м; m - бө лшектер массасы, г; v-бө лшек жылдамдығ ы, м/с; а – ү деу, .

 

Бастапқ ы жылдамдық та ол нольге тең, ал моментте . τ уақ ыт мезетінде жү рілген жол келесі формуламен анық талады:

 

. (3.76)

 

Бө лшектің жү рген жолы мен жылдамдығ ы меншікті зарядының – заряд массасына қ атынасымен анық талады. Сондық тан бө лшектердің еркін қ озғ алысы кезінде бірың ғ ай ө рісте электрон жылдамдығ ы иондікінен артық.

Тендеуге E=u / l мә нін қ ойсақ, онда электронның жылдамдығ ы:

 

, (3.77)

 

мұ ндағ ы т_е – электрон массасы, U – жолдың потенциалдық айырымы.

 

Атомдық массасы бар ионның жылдамдығ ы:

 

. (3.78)

 

мұ ндағ ы - массаның атомдық бірлігі, Z - заряд тасушы, U – жолдағ ы потенциал айырымы.

 

Электрон ө рісіндегі ионданудың негізгі тү рі электронмен соқ қ ы иондалуы болып табылады. Катодтан шық қ ан электрод ө рістік градиенттің ә серінен жылдам қ озғ алады жә не бейтарап атоммен немесе молекуламен соқ тығ ысқ анда бір электрон шығ ып кетіп, бірнеше жылдамдық береді. Сонымен қ атодтан шық қ ан электрон қ озғ алғ анда кө птеген соқ тығ ысқ а ұ шырап, нә тижесінде газдың температурасы артады. Ө рістің ү лкен градиенті жоғ арғ ы қ ысымында иондалудың бұ л тү рі температураның айтарлық тай артуына байланысты ө ткінші токтың ө суіне ә келіп соқ тырады.

Иондар да иондануғ а қ атыса алады, электронның жылдамдығ ы аз болғ андық тан доғ алы разрядтағ ы иондалу ө те ү лкен емес. Бірақ жоғ ары температурада молекулалардың жылулық қ озғ алысын арттырып, иондар мен бейтарап бө лшектер соқ тығ ысуы газдың термиялық иондалуына ә келеді. Ионданудың бұ л тү рінің рө лі жоғ ары температура мен қ ысымда айтарлық тай кө рінеді.

Фотон – иондану, егерде фотон энергиясы hv иондалу жұ мысынан А_и артық болса, атомдық сә улеленумен иондалуы мү мкін:

 

, (3.79)

мұ ндағ ы v - сә улелену жилігі, 1/с; h - Планк тұ рақ тысы; с - жарық жылдамдығ ы; жарық толқ ын ұ зындығ ы, м.

 

Соң ғ ы жылдары ө ндірістік ү рдістердің кө птеген бө лігі доғ алы қ ыздырғ ыштармен жасалады. Бұ ғ ан разряд туралы ілімнің артуына сә йкес, ә рі оны реттеу мен кө птеп қ олдануы вакуум арқ ылы ө тетін электр тогын тудыратын қ ұ былысын электрлік доғ а деп атайды. Сыртқ ы қ асиеттер бойынша жә не газдағ ы электр разряды ә р тү рлі болып келеді. Жалпы жағ дайда олар ө зіндік жә не ө зіндік емес деп бө лінеді.

Ө зіндік разрядтарда зарядталғ ан бө лшектер разряд аралығ ында ток кө зі энергия есебінен тү зіледі. Ө зіндік емес зарядтарды қ олдану ү шін газдар иондануына қ амтамасыз ететін сыртқ ы фактор қ ажет.

Доғ алы разряд немесе электр доғ асы канал разрядындағ ы ( А/см ) жоғ ары ток тығ ыздығ ымен, тө мен катодтың потенциалы азаюымен, электрон арасындағ ы кеністікте жоғ ары температуралы газды ортаның басуымен сипатталады, доғ аның басуына тә уелді К одан да жоғ ары болады.

Ө ткізгіш материалдан қ ұ рағ ан электр энергияның тасымалы электрон арқ ылы жү реді. Ал басқ а жағ дайда тізбекке екінші ретті ө ткізгіш қ осылғ ан. Бұ л жағ дайда тізбек бойынша электр ө суі қ иын қ ұ блыстармен жү реді, бұ л ү рдісте электрондар электр заряды тасымалдағ ыштың басқ а тү ріне ауысып, кейін қ айта электрон болып отырады.

Электр доғ асы қ осылғ ан тізбектен ток ө суі ү шін электронды-катодты электрон тастап, атомғ а тартылыс кү шін жең іп, сосын анодқ а жету керек.

Электронды катодтан шығ ару ү шін оғ ан атомның электронды бұ лтымен электродтың потенциалды барьерінің статистикалық кү йін жең іп шығ у жұ мысын аяқ тау керек. Ә р тү рлі заттар ү шін ол ә р тү рлі. Сонымен магнит шығ у жұ мысы -1.07 В; алюминий - 2.8; ниобий - 4.0; вольфрам - 4.5; темір - 4.77 эВ т.с.с. Белгілі металлдың электрон шығ у жұ мысы оның иондану энергиясынан аз. Металлдан электронды шығ ару ү шін оның энергиясын арттыру керек. Бұ л келесі ә діспен жасалуы мү мкін: қ уатты электр ө рісін қ осумен (автоэлектронды эмиссия); электрод температурасын арттырумен (термоэлектронды эмиссия).

Электронды қ ыздыру жеке разрядтарда электрод бетін ионмен атқ ылау есебінен болады.

Термоэлектронды эмиссияда ток тығ ыздығ ы температура мен катод материалынан тә уелді болады жә не келесі формуламен анық талады:

 

, (3.80)

 

мұ ндағ ы Т - электродтың беттік температурасы, К.

 

А₁ жә не В₁ мә ндері сә йкесінше кальций ү шін - 0.12 жә не 3500, кө міртегі - 5.03 жә не 45700, вольфрамда - 60.2 жә не 52700 т.б.

Температураның артуымен эмиссия тогы да арта бастайды. Сонымен вольфрам катоды ү шін вакуумдағ ы термоэлектронның эмиссиясы 1500 К-дегі ток тығ ыздығ ы А/см . Ал 3500 К, ол тогыз есе ө сіп 220 А/см - ге дейін жетеді.

Суық электродта электр ө рісі кернеуінде В/см автоэлектронды эмиссия туады (электр ө рісімен электрон жылуы), ток тығ ыздығ ы эмпирикалық тендеумен анық талады:

 

_аэ , (3.81)

 

мұ ндағ ы j_аэ - автоэлектронды эмиссияның ток тығ ыздығ ы, А/см ; Е - электрод бетіндегі электр ө рісіндегі кернеуі, В/см; - берілген материал ү шін тұ рақ тылар.

 

Жоғ арыдағ ы екі формула бір біріне ұ қ сас жә не автоэлектронды эмиссияның ток тығ ыздығ ы кернеу ө рісінен тә уелді болады.

1000 К дейінгі температурадағ ы эмиссияда ток температурадан ә лсіз тә уелді болады, ал одан жоғ ары температурада термоэлектронды эмиссия басталады, бұ л кезде электрод бетіндегі токтың тығ ыздығ ы тө мендегі формуламен ө рнектеледі:

 

, (3.82)

 

мұ ндағ ы А - 120.4 А (см ² · К ) - таза металл ү шін.

 

Эмиссия тогын арттыру жә не негізгі электрод металлдарында электрондарды шығ ару жұ мысын тө мендету ү шін оғ ан сілтілік немесе жер металл, оксид тү рінде активті қ оспалар енгізеді. Мысалы, вольфрам ү шін ионданушы қ оспалар ThO , LaO , AlCaO , AlCaBaO, кө міртегі Cs, Li, K, Na, Ca.

Электрод арасы 4-5 м доғ адан қ ашық аймақ та потенциалдың таралуы жә не ассиметриялық доғ алық бағ ан ү шін потенциал таралуы 3.17-суретте кө рсетілген.

Электрод арасында ү ш негізгі заң ерекшеленеді: катод потенцалының тө мендеу аймағ ы; ол катодтан - 10 м шамада потенциалдың тү суі шамамен 8-15 В; доғ аның жану шарты мен ұ зындығ ына тә уелді бірнеше вольттен бірнеше килловольтқ а дейінгі кернеуі оң доғ алы бағ ан аймағ ы; аймағ ы - 10 м потенциал тү суі 2-20 В дейінгі анод потенциал тү суі аймағ ы.

Электрод арасындағ ы кернеудің толық тү суі:

 

, (3.83)

 

мұ ндағ ы жә не - анодта жә не катодта потенциалдың тү суі, В; Е - бағ аналы электр ө рісінің доғ алы кернеуі (кернеудің тү зу градиенті), В/м; L - доғ а ұ зындығ ы, м.

 

 

3.17-сурет. Доғ а пайда болғ ан каналдан қ ашық электр тасымалдағ ыш жә не потенциал таратқ ыш

 

Электрод бағ анының негізгі зандылығ ы. Доғ а тогы мен доғ а бағ анының плазмалық негізгі сипаттамасы, оның электр ө ткізгіштігін анық тайды:

 

, (3.84)

 

мұ ндағ ы r - доғ а бағ анының радиусы, м; п_е - электрон концентратциясы, 1/м ; е₀ - электрон заряды, Кл; - электр ө рісінен қ ашық электрондардың қ озғ алысының орташа жылдамдығ ы, м/с.

 

Тең деудегі барлық шамалар тұ рақ ты емес болғ андық тан, біреуі ө згерсе болды, бә рі де ө згере бастайды. Бұ л доғ аның вольт-амперлік сипаттамасының тү зу сызық ты еместігіне ә келіп соқ тырады жә не оның параметрлерін есептеуде теориялық есептеуін қ иындатады.

1-аймақ та сипаттаманың тө мендеу себебі температура зарядталғ ан бө лшектердің концентрациясы мен жылдамдығ ының артуынан токтың ұ лғ аюы кезінде доғ аның кедергісі азаяды. Сонымен бірге токтың ө суінен доғ аның бағ аны да ө се бастайды жә не осы ө скен токты ө ткізу ү шін аз кернеуді қ ажет етеді. Разряд арқ ылы ө тетін электр тогы доғ а бағ анының жанында магнит ө рісін туындатады.

Ток пен магнит ө рісінің ә серлесуі доғ а бағ анында магниттік сығ у кү шінің (фотоэффектінің) пайда болуына ә келіп соқ тырады, осы себепті доғ алық бағ ан диаметрін шектеуге тырысады, ол токтың тығ ыздығ ы мен электр ө рісі кернеуінің тү зу бойынша ө суін болдырады. Электр доғ асы бағ анының ө ткізгіштік температурасы газ қ ұ раушысы мен басқ а да факторлардың функциясы болып табылады. Оны анық тау ү шін келесі формуланы қ олдануғ а болады:

 

, (3.83)

 

мұ ндғ ы К - Больцман тұ рақ тысы; - электронның массасы; компоненті бө лшектерімен электронның соқ тығ ысу қ имасы.

 

Тығ ыз доғ алардың шынайы жағ дайда доғ аның еркін жану температурасы (7.5 - 12.5) · 10 К. Мұ ндай температурада ө ткізгіш бө лшектерінің кулондық ә серлесуімен анық талады, шамамен тұ рақ ты шама болып табылады. Сонымен егер де доғ а бағ анының қ имасын шектеп, ток кү шін арттырсақ, доғ адағ ы кернеу мен ток тығ ыздығ ы артады. 3.17-суреттегі 1 жә не 2 аймақ тар осы заң ғ а сай келеді. Магниттік сығ у кү ші сә улелену мен плазманың электрондар дифференциясы доғ а бағ аны диаметрінің азаюына ә келеді жә не ток кү ші артқ анда доғ адағ ы кернеу артуымен анық талады. Доғ аның вольт-амперлік сипаттамасының ерекшеліктері туралы қ орытындылау, оның энергия балансын қ арастыру арқ ылы жү зеге асырылады. Доғ алық бағ анғ а ә келінген энергияның жылу ө ткізгіштігі, конвекция жә не сә улелену есебінен шашырайды.

Электр доғ аның бағ ан кө леміне сай келетін энергия балансының тендеуі келесі тү рде болады:

 

, (3.84)

 

мұ ндағ ы - жылу ө ткізгіштік коэффициенті; р - тығ ыздық: - тұ рақ ты қ ысымдағ ы ортаның жану сыйымдылығ ы 10⁴ К жоғ ары температурада электр доғ асы абсолютті қ ара дене шығ аратын энергияны бө леді.

40-10⁵ Па шамасындағ ы қ ысымда доғ а бағ анының энергиясының бір бө лігі сә улеленумен кетеді.

Қ оршағ ан газды жылу ө ткізгіштік конвенция есебінен қ ыздыру шығ ыны ө зара байланысып, бір уақ ыта жү зеге асырылады.

Жылу алмасуды есептегенде ү рдістің екі сұ лбасы пайдаланады: 1) газбен ү рілетін доғ а - ө тпелі газбен толық ауыстырылып ө тетін аймақ; 2) газбен ү рлемейтін доғ а, қ атты дене сияқ ты жұ қ тырмайды. Бұ л екі сұ лба да доғ ада бір уақ ытта болады.

Доғ аның қ ызуынан газдың пайдалану тиімділігі оның қ асиетіне тә уелді.

Ә р тү рлі газдар ү шін доғ аның кернеу градиентінің токқ а тә уелділігі 3.18-сурете кө рсетілген. Диссосация энергиясы, иондану потенциалы, жылу ө ткізгіштік коэффициенті, жоғ ары мә нді сутегіге қ арағ анда басқ а газдардікі тү зу потенциалдың градиентінің мә ні жоғ ары болады.

 

 

1- аргон, 2 - ауа, 3 - азот, 4 - сутегі

 

3.18-сурет. Ә р тү рлі газдар ү шін доғ а кернеуі градиентінің токқ а тә уелділігі

 

Бұ л тә уелділік қ озғ алмайтын доғ адағ ы газ мә нінде сай келеді. Сонымен доғ адағ ы кернеу ол жанғ ан ортаның қ ысымынан тә уелді.

Доғ а бағ анының сыртқ ы магнит ө рісімен ә серлесуі ү лкен тә жірбиелік мә нге ие. Себебі, доғ а дегеніміз токты ө ткізгіш, оғ ан кө лденең магнит ө рісінің ә серлесуінен, Лоренц F кү ші пайда болады:

 

, (3.85)

 

мұ ндағ ы c - жарық жылдамдығ ы; e₀ - электрон заряды; Е, Н - электр жә не магнит ө рістеріне сә йкес кернеулік.

 

Осы кү штің ә серінен доғ алық бағ ан интенсивті тү рде электр арасындағ ы кеністікке ауысады. Магнит ө рісінің ә серінен доғ а кернеуінің артуы оның қ озғ алыс жылдамдығ ын арттырады, доғ алық бағ ан мен қ оршағ ан ортада жылу алмасуының интенсивтілігі артады.

Доғ алық бағ анның қ имасы бойынша температура біркелкі емес таралады. Ол бағ анның ө рісінің максимумына ие жә не периферийге қ арай тө мендейді. Кө міртегі электрод арасында жанатын қ иын электр доғ асында температураның радиусы бойынша таралады. Доғ а осінде температура 12000 К жетеді, осьтен 2 см қ ашық тық та, ол шамамен 1000 К дейін тө мендейді.

Доғ аның сыртқ ы интенсивтілігі суыту, разряд каналындағ ы температура мен ток тығ ыздығ ының артуына ә келіп соқ тырады.

Еркін жанатын қ ұ йынды доғ а бағ анында ток тығ ыздығ ы шамамен 10²А/см² қ ұ райды. Біркелкі (тегіс) емес лекті доғ а (доғ а градиенті) 5-10⁴ А/см² дейін жететін ток тығ ыздығ ына жә не 7-10³ К температурағ а ие.

Жоғ ары температура алу ү шін бағ анның ө ткізгіш аймағ ын шектеу іс-шараларын қ абылдау қ ажет жә не ондағ ы ток тығ ыздығ ын арттыру керек.

Айнымалы ток доғ асының ерекшеліктері. Тұ рақ ты ток доғ асына қ арағ анда, айнымалы ток доғ асы уақ ыт бойынша ток жә не кернеу ө згерісіне тә уелді: i_д = f () жә не U_д = f (). Сонымен бірге период аралығ ында доғ аның разряды тогы мен кернеуі кө лденең ө тіп, бағ ытын ө згертеді, сә йкесінше электрод полярлығ ы ө згереді. Электрлік доғ аның разряды уақ ыт ө ткен сайын ө шіп, одан кейін қ айта жанып отырады. Электродтар арасындағ ы аймақ та доғ а сө нген соң, екі ү рдіс болады: аралық иондану (диэлектрлік бірліктігінің артуы) жә не электродтағ ы потенциал ө суі. Тізбекте электрлі доғ а пайда болғ анда таза активті жә не индуктивті кедергісі бар тізбектегі кернеу мен ток осцилограммалары 3.19-суретте кө рсетілген. Сонымен бірге доғ ада ток кү ші мен қ орек кө зінің кернеуімен фаза бойынша сә йкес келеді.-суретте кө ріп отырғ андай доғ а U₁ кернеуінде жанады, U₂ кернеуінде ө шеді. Электрод арасындағ ы температура кү рт тө мендейді, қ айта иондану жү реді.

 

 

3.19-сурет. Таза активті (а) жә не индуктивті (б) кедергісі бар тізбекте кернеу мен ток осцилограммалары

 

Электродтың полярлығ ы ө згерген соң, олардың арасында доғ аның ә серінен кернеу арта бастайды: U₁ кернеуі мен қ алғ ан плазманың диэлектрлік берілгенін жең уді қ ажет ететін шарт, қ айтадан электр доғ асы туындап, одан ток кері бағ ытта жү реді.

Доғ аның жану шартын келесі шартпен ө рнектеуге болады:

 

, (3.86)

 

мұ ндағ ы dE/d - арасындағ ы аймақ та газ диэлектрлік беріктігінінің арту жылдамдығ ы; dU/d - электр арасындағ ы электр ө рісінің кернеудің арту жылдамдығ ы.

 

Доғ а периодта екі рет жанып ө шеді, кернеу жану жә не ө шу шектеріне ие. Доғ а жанғ ан соң ондағ ы кернеудің тө мендеуі болады, себебі одан ток (синусоида бойынша) артады, сә йкесінше температура да ө седі (вольт-амперлік сипаттамағ а ұ қ сас).

Ток максимумнан ө ткен соң доғ адағ ы кернеу тұ рақ талынады жә не доғ а ө шер алдында ток азайғ анда артады.

Доғ а токтың нольдік мә нінен токтап (пауза) жә не токтаусыз (паузасыз) ө те алады. Паузаның ұ зақ тығ ы доғ а арасындағ ы диэлектрлік беріктіктіктің арту ү рдісінің жә не электрод арасындағ ы электр ө рісінің кернеуінің, электрон эмиссиясын қ амтамасыз ететін электронның температурасына қ атынасымен анық талады.

Тізбекте доғ аның жануын жең ілдету жә не оның ү здіксіз жануы ү шін оғ ан индуктивтілік қ осылады. Қ исық тар сипаттамасы кө рсеткендей қ оректендіргіштен доғ аның жануына қ ажетті кернеудің мө лшерін азайтсақ, жану ү рдісі индуктивтілікте электр магниттік энергия есебінен жиналғ ан кернеумен жалғ аса береді. Индуктивтілікті ө згерту арқ ылы доғ аның жануын ү здіксіз ететін бұ рышты алуғ а болады. Бұ л егер

 

немесе (3.87)

 

болғ анда ғ ана орынды, мұ ндағ ы U_m - қ орек кернеуінің амплитудалық мә ні ; ал ескеріп, таба аламыз.

 

Сонымен егер U_d/U_m қ атынасы 0.54 тең немесе одан аз болса, ал 0.85 тең немесе одан аз болса, доғ а ү здіксіз жанады. Егер де жылу инерциясы жоғ ары, қ иын балқ итын шындалғ ан электродта доғ а қ уаты айтарлық тай жоғ ары болса, онда ол индуктивтіліктің тө мен мә ндерінде тұ рақ ты жана алады.

Егер де доғ а температурасы мен эмиссиясында қ асиеттері ә р тү рлі ә р типті электрод арасында жанса, доғ а тогының тү зеткіштік эффектісі пайда болады (мысалы, доғ а сумен суытылатын кө мір жә не мыс электродында жанғ анда).

Кө мір электродының температурасы жоғ ары болғ андық тан, термоэлектронды эимссия шарты бізге қ олайлы жә не токтың қ ажетті тығ ыздығ ымен қ амтамасыз етеді.

Жең іл балқ итын катодта термоэлектронды эмиссияда токтың тығ ыздығ ы аз жә не жартылай периодта доғ аның тығ ыздығ ы аз немесе мү лдем жоқ десе де болады.

Айнымалы ток доғ асы тұ рақ ты ток доғ асына қ арағ анда, динамикалық вольт-амперлік сипатамағ а ие, ол кернеу мен ток осцилограммасы бойынша саналуы мү мкін.

Ол ток ө згерісінің толық периодында ток кү ші ө згерісіне тә уелді доғ а кернеу ө згерісі болып табылады. Динамикалық вольт-амперлік сипаттама Ei/dr мә ніне, айнымалы ток жилігіне тә уелді. Егерде ток кү ші ө згергенде, доғ а жағ дайы ө згермесе, доғ аның ө зін иондық кедергісі бар ө ткізгіш сияқ ты ұ стайды жә не оғ ан гистерезистің сипаттамасы сә йкес келеді.

Тә уелділіктің гистерезисті сипаттамасы доғ а плазманың термиялық инерцияланғ анымен тү сіндіріледі, тү йіннің жоғ ары бұ тағ ы жартылай периодтан басталуы сай, одан ток ө суімен плазма қ ызуы болады, тө менгісі жартылай периодтың соң ғ ы жартысы, алайда ө ткен максимумды ток сә йкес кө лем плазмада ток азаяды.

Электрлік доғ аның параметрлерінің тұ рақ тылығ ы мен реттелуі. Электрлік доғ аның ұ зақ жануын қ амтамасыз ету ү шін, оның сипаттамасын қ орек кө зінің сипатамасымен сә йкестендіру қ ажет (3.20-сурет). Егер доғ а шексіз қ уат есебінен қ оректенсе, доғ аның жануы жарты периодпен сә йкес орнатылады жә не доғ аның вольт-амперлік сипаттамасы мен қ орек кө зінің сыртқ ы сипаттамасы қ иылысқ анша ұ лғ ая береді, ток шексіздікке ұ мтылады.

 

 

3.20-сурет. Доғ а–баланс кедергісі - қ орек кө зі жү йесінің вольт- амперлік сипаттамасы

 

Тізбектегі токтың мә нін шектеу ү шін кедергіні қ осады. Бұ л жағ дайда соң ғ ы қ уат кө зінің кернеуі тең деуі келесі тү рде:

, (3.89)

 

мұ ндағ ы U_д - доғ адағ ы кернеу, В; I_д - доғ а тогы, А; R - кедергі, Ом; L -индуктивтілік, Гн.

 

Тік тү зу (U_шын - I_дR) доғ аның вольт-амперлік сипаттамасын А жә не В нү ктелерінде қ ияды. Бұ л нү ктелерге I_А жә не I_В тогы сай келеді. Қ арастырылғ ан сипаттаманы ү ш аймақ қ а бө луге болады: А нү ктесінен сол жақ тағ ы аймақ - доғ аның тұ рақ ты ө шіру зонасы, А жә не В нү ктелерінің арасында аймақ – жану аймағ ы жә не В нү ктесінен оң жақ тағ ы аймақ – токты шектеу аймағ ы. Доғ а I_В тогында ғ ана тұ рақ ты жанады, А нү ктесі доғ аның тұ рақ сыз жануына сай, I_К – тізбектегі қ ысқ а тұ йық талу нү ктесі.

Электродтар арасындағ ы аймақ бұ зылса жә не тізбек бойымен доғ аның жануынан электр тогы пайда болады. А нү ктесінен, оғ ан В нү ктесінде, доғ аның вольт-амперлік сипаттамасымен сыртқ ы қ орек жү йесінің сипаттамасы арасындағ ы қ оректендіргіш ЭҚ К бар, ол доғ а тогының артуына ә сер етеді, В нү ктесінде ЭҚ К нольге тең, себебі қ орек пен доғ аның кернеуі бірдей. В нү ктесінен оң ғ а В’ нү ктеcінде доғ аның жануы мү мкін емес, себебі тізбектің бұ л нү ктесіндегі кернеуден электродтағ ы кернеу артық. Оң ЭҚ К мә ніне ие, ол I_В тогы болғ анда шектік мә ніне ұ мтылады.

Доғ адан бө лінетін қ уат ток кү ші мен кернеу арқ ылы анық талады. Қ орек кө зіне алынғ ан энергия доғ адан бө лінген энергия шығ ыны мен доғ а тізбегі кедергісінен шашырағ ан энергияны жабуғ а жұ мсалады.

3.21-суретте доғ аның вольт-амперлік сипаттамасы мен ө зара жә не басқ а байланыс кедергілері қ осылғ ан қ орек кө зінің сыртқ ы сипаттамасы кө рсетілген, В нү ктесі қ оректің энергия балансы мына тү рде болады:

 

, (3.90)

 

мұ ндғ ы R -баланс кедергісі, Ом.

 

 

3.21-сурет. Доғ аның жә не қ орек кө зінің вольт-амперлік сипаттамасы

 

3.22-суреттен кө рініп тұ рғ андай, В нү ктесінен солғ а қ арай бұ л қ атынас ұ сталмай (Р_р – реттеу қ уатының қ оры), В нү кте доғ аның жануын кө рсетеді. Электр доғ аны бірнеше ә діспен реттеуге болады:

- тұ рақ ты баланс кедергісінде қ оректендіргіш кернеудің ө згерісі. Реттелмелі токтың ө згерісі I₁, I₂, I₃ сә йкес жә не бұ лар U₁, U₂ жә не U₃ кернеулері есебінен жасалады. Бұ л ә дісті жү зеге асыру ү шін қ орек кө зі кернеуін ө згертуге болады, мысалы, трансформатор санын қ осу арқ ылы немесе генератор қ озу тізбегіндегі кедергі ө згерісі арқ ылы (3.22, а-сурет);

- қ орек кө зінің кернеуін ө згертпей, байланыс кернеуін ө згерту арқ ылы (3.22, б-сурет). Бұ л ә дісті жү зеге асыру ү шін саты ауысымы бар кедергіге ие болу керек.

 

а- қ орек кө зінің кернеуі ө згереді; б- баланс кедергілері ө згереді;

 

3.22-сурет. Доғ аның вольт–амперлік сипаттамасы