高压气体放电灯HTO.docx
- 文档编号:22893968
- 上传时间:2023-04-28
- 格式:DOCX
- 页数:73
- 大小:1.85MB
高压气体放电灯HTO.docx
《高压气体放电灯HTO.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《高压气体放电灯HTO.docx(73页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
高压气体放电灯HTO
1介绍۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰3
1.1低压和高压灯的一般区别۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰3
2.高压灯的结构۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰4
3.放电的描述۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰7
3.1局部热力学平衡۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰7
3.1.1麦斯威尔、波尔斯曼的速度分布۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰7
3.1.2波尔斯曼定理۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰8
3.1.3Saha’s定理۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰8
3.1.4Detailedbalancing۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰9
3.2电的传递۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰9
3.3温度曲线۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰10
4.辐射۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰13
4.1黑体辐射۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰13
4.1.1Kirchoff’s定理۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰13
4.2原子辐射۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰14
4.2.1发射和吸收۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰15
4.2.2自然线宽۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰15
4.2.3线加宽۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰17
4.2.4自我吸收۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰18
4.2.5辐射传递方程۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰20
4.3分子辐射۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰21
4.4连续辐射۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰22
5.能量平衡۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰24
6.电行为۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰27
6.1起辉۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰27
6.2负电流和电压特性۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰27
6.3再起辉峰值۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰27
6.4声学共振۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰28
7.高压汞灯۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰30
7.1HP灯۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰30
7.1.1结构۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰30
7.1.2光谱۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰32
7.1.3带石英外玻壳的HP-T400W灯的能量平衡۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰33
7.1.4电行为۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰33
7.2其他规格۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰34
7.2.1外玻壳涂粉的高压汞灯۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰34
7.2.2混合光的灯.۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰35
8.高压钠灯۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰37
8.1规格和结构۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰37
8.2光谱۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰40
8.2.1自我反转的Na-D线和钠压力的最大值的距离间的相互关系۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰41
8.2.2最适宜的光谱۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰41
8.2.3氙缓冲气体在光谱中的影响۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰43
8.3SON-T400W灯的能量平衡۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰45
8.4电行为۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰45
8.4.1灯电压۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰45
8.4.2起辉۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰47
9.金卤灯۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰49
9.1金卤灯原理۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰49
9.2不同的系统۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰50
9.3特殊特性۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰51
9.4MHN-TD系列۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰51
9.4.1MHN-TD150W灯的结构۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰53
9.4.2ProcessingoftheMHN-TD۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰54
9.4.3光谱۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰54
9.5HPI۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰55
9.5.1HPI-T400W的结构۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰55
9.5.2工艺۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰56
9.5.3光谱۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰56
9.5.4能量平衡۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰57
9.6金卤灯的保养۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰58
9.6.1介绍۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰58
9.6.2状况概要۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰58
9.6.3HPI对稀土碘化物填充۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰59
9.6.4和HPI-类似填充物的灯۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰61
9.6.5稀土碘化物灯۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰61
10.参考文献۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰63
1.介绍
在这篇HTO课程中,我们主要讨论高压气体放电灯,假设Rutherford-Bohr的分子模型都为人所知,它在‘Introductiontogasdischarges’章节中作为例子说明。
同样我们还需要一些声光学方面的知识。
对于低压气体放电灯和高压灯来说,有很多的主题都非常重要,但没有特别说明,如电极和起辉。
这些主题会在别处讨论,然而,我们应在学习这部分之前对他们有所了解。
下面的部分会分成如下章节,第2部分讨论高压气体放电灯的基本结构,第3部分给出高压气体放电灯中等离子体的理论描述,由等离子体引起的辐射在第4部分。
在第5和6部分是高压气体放电灯的电特性和能量平衡等。
最后的3部分,讨论3中比较重要的高压气体放电灯:
高压汞灯,高压钠灯和金卤灯。
1.1气体放电灯分为高压气体放电灯和低压气体放电灯,他们可以从几个方面来进行区分,表1.1给出了两者非常明显的特征概述。
这两种灯的不同之处就是亮度的不同,光效是相同的,低压放电灯是有一个比较大的内胆产生光,这导致它的低的亮度。
而高压放电灯就有一个小的内胆,因而就有一个比较高的亮度。
第二个不同就是功率的不同,大多数低压放电灯的功率都不超过100W,相反,大多数高压放电灯的功率都超过100W,这种不同是由灯的可控制性和可生产性做决定。
这两种灯之间的差异也导致它们应用的不同,低压放电灯一般用于普通照明,而高压放电灯只是在将其聚成光束才广泛应用起来。
表1.1低压和高压放电灯的基本特性
2.高压放电灯的结构
尽管有例外,但一般而言,高压气体放电灯都有几乎相同的结构,图2.1显示了它的基本结构草图:
表2.1高压气体放电灯的结构示意图.
可能改变的组成是:
内胆
(1),外玻壳
(2),灯头(3),引出线(4),消气片(5),电极(6)。
高压气体放电灯的核心就是内胆,在工作时,内胆产生放电,这是真正的光源,内胆有几个组成部分,每个部分都有自己的规格要求。
1.管子材料(也就是说:
内胆壁的材料)
要求:
-透光性
-高的熔点和低的蒸汽压
-耐化学腐蚀性
-气密性
-耐热冲击
-耐压
有两种材料符合这些要求:
石英和陶瓷
2.电极
要求
-导电性
-高的熔点
-耐化学腐蚀性
-低的发射函数
唯一可以使用的材料就是钨,在很多情况下,我们会在电极上加一些发射材料来降低钨的发射函数
3.馈穿
这是一个真空气密的电导体材料,
要求
-热膨胀系数要和内胆管身材料匹配
-耐化学腐蚀性
-高的熔点
在实际应用中,我们使用钼作为石英管的封接材料,而使用铌作为陶瓷的封接材料。
在DT中充有3种物质,启动气体,缓冲气体辐射气体,每一种成分都有其规格和相关要求。
1、启动气体
这种气体存在于冷的灯中,它在灯温度升高以前决定灯的特性
要求:
-.在足够高的压力以抑制电极溅射的情况下,起辉电压很低。
-.对从气体到DT管壁的热传递的贡献率很小,也就是说,低的热传导率
实践中,我们常采用惰性气氩和氙作为启动气体。
2、缓冲气体
这是灯在正常状态下的主要组成部分,它在最大程度上决定了放电的电和热特性。
要求:
-高的电场强度
-低的热传导率
最重要的缓冲气体是汞蒸汽。
3、辐射物质
在很多情况下,缓冲气体也就是辐射物质,在另外一些情况下,微量元素被带到气体状态下,它取代了缓冲气体的发光功能。
要求:
-足够高的蒸汽压
-在可见光谱中有良好的辐射分布
-和DT中的其他组成部分有很低的化学反应性。
常用作辐射的元素是汞、钠、钪
在大多数的情况下,电弧管都装在一个外玻壳内,通过引出线支撑,同时也作为导线。
使用外玻壳有不同的原因,并不是所有的灯都需要外玻壳。
∙防止导线等的腐蚀
∙电弧管工作在真空状态下,因而热损失就小。
这就使我们可以根据功率选择大的电弧管。
∙气体可以通过石英玻璃扩散从而影响电弧管里的气体组成。
下面是两个例子:
1.通过在外玻壳内装一个氢吸气剂,从而可以使电弧管里的氢气压力更低
2.在一些灯中,氖可以用来作为启动气体,如果在外玻壳内也注入氖,那么灯在稳定状态下工作时,电弧管内外的氖气压力是平衡的。
和电弧管一样,外玻壳通过芯柱结构实现气密封接。
在芯柱内有两个导线,最后,它们要和灯头相连。
灯头的功能不仅是导电,同时还要保证外玻壳、电弧管安装在照明灯具中的正确位置。
3、放电原理
3.1、局部热平衡
在气体放电灯中,包括低压气体放电灯和高压气体放电灯,电能通过等离子体转化为光,也就是说一种气体当中电子和正离子是完全分开的。
高压气体放电灯中的等离子体在局部热平衡(LTE)中得到很好的阐述,在解释LTE前,我们先来看看热平衡的概念(TDE):
在等离子体中,能量可以在不同的自由态间自由转换,关于自由态的例子就是移动和原子的内部激发。
等离子体的全部能量在各个自由态是均布的。
这也就是说,我们不需要知道等离子体中能量转换的详细机理,TDE中等离子体的阐述可以通过统计近似得到,比较重要的定理有:
麦克斯伟、波尔斯曼和萨哈定理。
TDE的概念同样可以这样来解释:
一个系统在一个相当长的时间内和周围的环境隔绝,也就是说:
和周围的环境没有能量交换,假定存在这样一个系统将她和一个仅有内部能量交换的系统比较,那么,全部能量将平均分配在不同的自由态上。
这种阐述很快可以显示在气体放电中是没有问题的,电能供给放电和辐射能量,而且,在等离子体中有一个温度剖面图,这个剖面图显示:
在电弧管中,能量连续地从中心热的轴线向相对较冷的管壁流动。
下面这种考虑是可能的:
一点等离子体中的温度是接近常数,此外,下面这个论述也是正确的:
在高压气体放电中因电子和原子的相互碰撞而引起的相互作用也是非常激烈的,等离子体的辐射损失对不同激发状态下的原子分布影响不是很大。
这就称之为碰撞支配等离子体。
3.1.1麦斯威尔-波尔斯曼的速度分布
麦克伟尔-波尔斯曼的速度分布是一种统计分布,它显示了一个微粒具有某种确定速度的概率。
在这个定理中有两中描述:
某一个方向上的速度和具有一个确定数值的速度,下面给出的是后者的计算公式:
在这个公式中,nv表示具有确定速度V的微粒的个数,T表示开氏温度。
关于这个公式的进一步描述在低压气体放电灯中和其他相关书中会有说明如:
[LandauandLifshitz
3.1.2波尔斯曼定理
在热力学平衡的气体或等离子体中,它在不同激发状态下的原子分布由波尔斯曼定理给出。
在这个公式中,En和Em表示不同水平下的能量常数,T表示平衡温度。
系数gn和gm是不同水平的统计重量,原则上,他们显示了对应于这些能量水平,原子由多少种激发状态。
重量系数由很多。
列在书的表格中。
对于博尔斯曼定理一个特殊的情况就是为什么基态被选为水平m
Thisshowsthat,withtheexceptionofsmallmutationsasaresultofthestatistical
weightfactors,theoccupationoftheenergylevelsdecreasesexponentiallywiththe
excitationenergy.
这表明,
3.1.3Saha定理
和波尔斯曼定理类似,另外一个同样可以计算给定温度下的等离子体中的离子数量,原则上,作为激发能量的代替,原子的离子能能够被方程3.3代替,只是gn/g0必须被机械量子代替。
Saha’的定理就变成这样:
公式中所有的密度用m–3表示.
Vi给出了原子的碘化趋势.
重写(3.4),利用等离子体中的ne和ni始终相等,给出碘化程度的公式:
和博尔斯曼的定理(公式3.2)相比较,他揭露了一些不同:
第一就是等离子体的取决与基态原子的密度,密度越大,碘化成都越低。
第二个不同就是公式3.5中的指数对应于碘化能量的一半。
3.1.4具体的平衡
具体的平衡意味着,在一个确定的系统中,每个过程和它相仿的过程发生的概率是一样的,一个很重要的例子就是电子和原子之间的弹性碰撞。
根据具体的能量平衡,在碰撞中,电子传递给原子的动能和它从原子得到的动能是相同的,
第二个例子就是无弹性碰撞:
在这个式子中,ê表示一个快速的电子,A*表示一个激发的原子,在具体平衡的假定下,两种动作:
激发和反激发发生的几率是一样的,在TDE的理论中,具体的平衡在所有的过程中都是有根据的。
同样:
离子和反离子,光子的激发和吸收。
在气体放电的实际中,具体平衡对所有的过程不在都正确,辐射的吸收滞后于辐射的发射,至于弹性碰撞和非弹性碰撞,具体平衡仍然可以使用,这个假设是前面提到的Maxwell,Boltzmannand
Saha定理的基础。
3.2电的传导
高压灯的等离子体中的电传导由电子决定,这是因为它们低的质量比离子更容易移动。
导电率定义为电流密度J和电场强度E的比值。
在等离子体的帮助下,我们可以找到的表达公式,这里我们给出最终结果:
公式中ne是局部电子密度,θc是电子和中子的碰撞频率,me是电子的质量,从公式中可以看出,导电率仅由电子密度和碰撞频率决定。
一种增加等离子体的导电率的方法就是降低碰撞的频率,这就表示缓冲气体的压力要低。
这种通过降低压力提高导电率的方法导致低的灯电压。
第二个决定导电率的参数就是电子密度,它随着等离子体的温度上升而迅速上升,在温度高的地方,电传导也高:
电弧中心轴线。
等离子体吸收的功率为:
放电纵剖面上的电梯度是常数,大部分的功率在温度和导电率都高的地方被吸收。
这种结构(大部分的功率都在等离子体温度最热的地方被吸收)对高压气体放电灯的温度剖面的存在和保持是一个很重要的因素。
它将在后面的章节中进一步阐述。
3.3温度曲线
在低压放电中,电子和气体之间的相互作用很低,灯中的气体几乎不会变暖,所以电子可以以很高的速度移动,换句话说:
电子云的温度和气体的温度是不相等的。
然而在纵剖面上这两个的温度基本是个常数,现在假设电弧管中的气体压力持续上升,则电子和原子之间的相互作用和能量交换将稳步变大,最终,压力达到一定的值时,两者的温度基本相同。
两个温度和压力的关系如下图所示:
从这个图中我们很容易看出,高压放电灯中气体温度比低压气体放电灯要高,特征数字就是4000到5000K。
在这些高压气体中,两种温度是平衡的,这也就说明新的离子和电子的形成取决于等离子体的温度。
电弧管中的稳定的温度曲线的发展可以这样定性解释:
如果电弧管壁附近的等离子体的温度很低,则电子的形成也就很少。
所以,那里的能量就很少被吸收,温度就降得更快。
结果就是建立了一个平衡:
热的电弧中心的能量将被吸收,然而管壁上的等离子体将保持相对冷点。
这种温度分布就是温度纵剖面曲线,下图给出了低压和高压的温度分布的不同。
在很多情况下,温度纵剖面曲线可以用一个抛物线函数进行简单描述:
R是电弧管的内径。
如果高压气体灯中的温度沿纵剖面变化,而压力是不变的,密度也就变化,密度和温度成反比例,在电弧中心最小。
最后,激发原子的的密度变化是半径的函数,这个密度和温度及电子密度一样在电弧中心有一个最大值。
这种分布在点的灯中马上可以看见。
高压灯和低压灯不一样,它的电弧不是分布在这个容器中,这种现象称之为收缩。
图显示了不同位置的分布。
在灯中温度曲线的存在显示了热量同样会从高温流向低温。
这种能量的传递大部分由热传导和对流产生。
另外,辐射也同样起到一定的作用,这个过程包括损失,能量从电弧中心到管壁的流动,所以不能再变成辐射。
4、辐射
在前面的部分,我们尽量说明等离子体,现在开始阐述由等离子体发出的辐射,黑体辐射是一个简单的例子,我们将更加深入的讨论原子辐射,最后,还要简单的讨论连续辐射和分子辐射。
如果希望了解的更深,读者可以参考[Lochte-Holgreve]
4.1、黑体辐射
一个实体在一个确定的温度会辐射发光,如果我们假设在物体和辐射区域存在平衡,这就是普郎克定理:
普郎克定理给出了垂直于表面的单位面积、单位频率和单位球面度上的辐射强度,一个物体满足所有平衡就称之为辐射体。
由于普郎克定理已经用于灯中,这里还要提以下注意事项:
黑体辐射的特征是连续光谱,这种光谱有一个最大值,它的位置和高度由黑体的温度决定。
因为普郎克定理是一个平衡等式,它不仅对于实体适用,一个处于完全平衡的等离子体同样辐射,他的强度就由普郎克定理给出,它要满足的条件就是下面这个部分:
4.1.1、Kirchoff定理
Kirchoff定理和前面的saha和boltzmann定理一样,是一个关于平衡的定理,严格来说只对TDE成立:
在一个确定的容积的等离子体中,发射的数量等于吸收的数量。
它不仅对于能量发射的总数量是正确的,而且对一定频率下的能量也
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 高压 气体放电灯 HTO
![提示](https://static.bdocx.com/images/bang_tan.gif)