Понятие дугового разряда охватывает несколько видов разряда, внешним признаком которых является низкое (порядка ионизационного потенциала) катодное падение потенциала.

В зависимости от давления газа в разрядном промежутке различают дугу при пониженном давлении и дугу при высоком и сверхвысоком давлениях. Они различаются главным образом физическими процессами в столбе разряда (плазма).

По виду эмиссии электронов из катода различают:

  • дугу с независимым накалом катода (несамостоятельный дуговой разряд);
  • термоэлектронную дугу;
  • дугу с холодным катодом (электростатическая эмиссия).

Дуга с независимым накалом катода имеет место в ряде промышленных приборов (газотроны, тиратроны и др.). Для нее характерны два режима горения: когда анодный ток меньше тока термоэлектронной эмиссии катода и когда (за счет дополнительного вырывания электронов из катода электрическим полем). При нормальном режиме горения катодное падение потенциала имеет величину порядка ионизационного потенциала газа и практически не зависит от тока . При катодное падение потенциала растет с ростом тока.

Термоэлектронная дуга имеет место при катодах из тугоплавких материалов. В результате разогрева катода ионной бомбардировкой на нем появляется раскаленное катодное пятно, являющееся источником электронов.

В табл. 3-18 приведены данные о процессах в катодном и анодном пятнах дуги. Таблица 3-18

Истинные температуры Тк и Та в катодном и анодном пятнах дуги, плотности тока на катоде jк и аноде ja, катодные и анодные падения потенциала в дуге при р = 100 000 Па.

Электроды

Газ

С-С

С-С

Сu-Сu

Fe-Fe

Ni-Ni

W-W

Al-Al

Al-Al

Zn-Zn

Воздух

Na

Воздух, N2

Воздух

>>

>>

>>

N2

Воздух

3500

3500

2200

2400

2400

3000

3400

2500

3000

4200

4000

2400

2600

2400

4200

3400

2500

3000

470

500

~1000 000

Большая

-

-

-

-

-

65

70

1000

-

-

-

-

-

-

9-11

-

8-9

8-12

-

-

-

-

-

11-12

-

2-6

2-6

-

-

-

-

-

Процессы в столбе термодуги аналогичны процессам в дугах другого вида и столбе тлеющего разряда. Они описаны в соответствующем разделе.

Дуга с холодным катодом возникает при использовании в качестве катода легкоплавких металлов. Наиболее распространенным случаем дуги этого вида является дуга с ртутным катодом, горящая в парах ртути. Эмиссия электронов из ртутного катода концентрируется в одном или нескольких (в зависимости от величины тока) катодных пятнах. Плотность тока в элементарном катодном пятне достигает . При токах более 2-3 А образуется групповое пятно с плотностью тока . При токах более 30-50 А появляется несколько самостоятельных групповых пятен.

Выделение в катодном пятне энергии, приносимой из разряда ионами, приводит к интенсивному испарению ртути. В результате происходящего при этом повышения давления резко уменьшается длина свободного пробега электронов и ионное облако образуется на очень малых расстояниях от поверхности катода. Это обеспечивает при напряженность поля у поверхности катода порядка , достаточную для электростатической эмиссии электронов.

Дополнительно по теме

Термоэлектронная эмиссия металлов

Термоэлектронная эмиссия оксидного катода

Электростатическая электронная эмиссия

Фотоэлектронная эмиссия

Вторичная электронная эмиссия

Электронная эмиссия

Прохождение тока в вакууме

Столкновение электронов

Движение электронов

Виды электрического разряда

Темный разряд

Тлеющий разряд

Дуговой разряд

Газовая плазма

Коронный, искровой и высокочастотные разряды