气体放电的基本原理

      气体放电灯是由通过气体放电将电能转换为光的一种电光源。气体放电的种类很多,用得较多的是辉光放电和弧光放电。辉光放电一般用于霓虹灯和指示灯。弧光放电可有很强的光输出,照明光源都采用弧光放电。荧光灯、高压汞灯、钠灯和金属卤化物灯是目前应用最多的照明用气体放电灯。气体放电灯在工业、农业、医疗卫生和科学研究领域的用途极为广泛。了解气体放电的基本原理,可以使我们能更好地理解气体放电灯的工作机理和特性

气体放电现象

     将一对平板电极放在密封的容器中,抽去空气并充人一定量的其他气体,如图3.1.1所示。这时在两电极间加上一个可变电压,并在图上的电流表上测量流过放电管的电流,在放电管两端并联的电压表上测出相应的电压。把这个放电管的电压和电流之间的关系用曲线来表示,用它来解释整个气体放电全过程是很方便的。我们把这条关系曲线称为气体放电的伏-安特性,如图3.1.2所示

     在放电管两端刚开始加上电压时,电压很低,放电管中只有微弱的电流流过,这个电流只有用非常灵敏的电流计才能测出来。这是由于字宙线、放射性辐射或光照,使管内气体中产生一些原始电子或正离子,它们的量很少,称为剩余电离。这些带电粒子在正极电压作用下分别从负极向正极运动(电子流)或从正极向负极运动(离子流)而形成电流,随着电压的增加,电流也增大,这就是图3.1.2中的 OA 段

当电压继续增加时,因为带电粒子数目不多,当所有因为剩余电离产生的带电粒子全部到达电极后,电流就饱和了也就是说,电压升高,电流就不再增加,这就是图3.1.2 中的 AB 段。

     当电压再升高时,放电管中电子受电场力加速，自由电子速度愈来愈大,它们和中性原子、分子碰撞时,就能使分子、原子电离。而电离又产生新的自由电子和离子,这些新的自由电子和离子加速后又使更多的原子、分子电离。这种繁流式的过程使电子数目雪崩式地成倍增加,这就是图3.1.2中的BD段。这段放电又称为繁流放电或雪崩放电,如图3.1.3所示。

     当电压升高到图3.1.2所示的B点时，由于雪崩放电,电流突然增加,正离子质量大、能量高,猛烈轰击阴极,可以使阴极发射足够的电子,这就是图 3.1.2中的D点。这时我们称为放电着火或击穿,相应于D点的电压称为着火电压或击穿电压。灯管击穿时,满足如下的关系式,即

y(e∫d0adx-1)=1。(3.1.1)

     式中,y为每个正离子轰击阴极表面从阴极产生的电子数;a为每个电子在单位路程与气体原子发生碰撞导致电离的次数;d为两个电极之间的距离。因此,放电击穿的物理图像比较清楚:当一个电子从阴极到阳极的过程中如果能够再发出一个以上的电子,放电就可以维持而不再需要外界提供任何电子。

      当放电达到D点以后,由于阴极在正离子轰击下发出大量的电子,放电管电流突然增加,放电击穿,电压迅速下降,放电自动地过渡到EF段。这时,放电会发出明亮的光辉来所以称这一段为辉光放电。

      在辉光放电EF段中,只是一部分阴极受正离子轰击而发射电子,所以电流增加时,阴极发射也随着增加。因此,电压不变或变化很小,我们把这一段称为正常辉光放电。

      当整个阴极都用于发射后,必须增加阴极发射电流密度,才能再增加电流,这时电压就得升高。这就是图上的FG段,我们把这段放电称为异常辉光放电。

      其后,如果再要增加放电电流,则发射电极的电子密度要极高,亦就是要有大量正离子轰击阴极,使阴极发热而成为热电子发射。当电流迅速增加,由于有热阴极电子发射,电压反而下降,这就是GH段。此时,由于放电特性发生了突变,我们称这段放电为弧光放电。在OC段,如果去掉剩余电离,则电流立即停止,所以我们称这段为非自持放电。在D点放电着火以后,如去掉剩余电离,放电仍将是稳定的,我们称着火以后的放电为自持放电。

     非自持放电由于没有放电光辉,因此又称它为暗放电。暗放电电流大约在10-6A以下辉光放电电流为10-6A ~10-1A,而弧光放电的电流在10-1A以上。

 

产品展示

       SSC-PEFC20光电流动反应池实现双室二、三、四电极的电化学实验，可以实现双光路照射，用于半导体材料的气-固-液三相界面光电催化或电催化的性能评价，可应用在流动和循环光电催化N2、CO2还原反应。反应池的优势在于采用高纯CO2为原料气可以直接参与反应，在催化剂表面形成气-固-液三相界面的催化体系，并且配合整套体系可在流动相状态下不断为催化剂表面提供反应原料。

      SSC-PEFC20光电流动反应池解决了商业电催化CO2还原反应存在的漏液、漏气问题，采用全新的纯钛材质池体，实现全新的外观设计和更加方便的操作。既保证了实验原理的简单可行，又提高了CO2还原反应的催化活性，为实现CO2还原的工业化提供了可行方案。