Главная | Обратная связь

Потенциалы ионизации.

Ионизация - предельный случай возбуждения атома, когда электрон получает энергию большую, чем энергия самого высокого возбужденного уровня атома. Чтобы вырвать электрон из атома или молекулы нужно затратить энергию большую энергии связи в атоме или молекуле. Эта энергия – потенциал ионизации [B,Эв]. Первый потенциал ионизации - потенциал, соответствующий удалению наиболее слабо связанного электрона из невозбжденного атома. Удаление из атома следующих электронов, более связанных с атомом, связано со вторым, с третьим и т.д.

Значения первого потенциала ионизации некоторых атомов :

К – 4,3 В N -14,5 B

N – 5,11 B Aг -15,6 В

Ca – 6,8 B F -18,6 B

Fe – 7,83 B Ne-21,5 B

H_{2 -} 13,53 B Ge-24,6 B

O₂ – 13,56 B

Для оценки эффективной температуры дуги необходимо определить эффективный потенциал , для данного состава плазмы. Формулу для определения вывел Хренов, используя уравнение Саха.

Где - потенциал i-го газа в смеси

n- обще число частиц в смеси,

– потенциал ионизации i-го газа

К – число газов в смеси.

Процесс ионизации связан с упругими и неупругими соударениями электронов с атомами или молекулами в смеси. При упругих соударениях изменяется только кинетическая энергия электрона и атома. Потенциальная энергия не изменяется потенциальная энергия изменяется если молекула:

1- Диссоциирует Н₂ – Н+Н

2- Ионизация – атом теряет электрон.

Плазма- ионизированный газ, т.е.совокупность положительно и отрицательно заряженных частиц и нейтральных тоже. Состояние плазмы оценивается энергетическими характеристиками. Основные параметры плазмы получают исходя из простых молекулярно-кинетических представлениях.

n_α - концентрация, плотность частиц различного сорта (м ^-3)

α- сорт частицы

n_е- плотность электронов

n _i -плотность ионов

n _a-плотность нейтральных частиц.

Состав плазмы характеризуют безразмерным параметром- степень ионизации: отношение концентрации e к сумме концентрации нейтральных частиц и электронов.

 

По степени ионизации плазму подразделяют на :

- слабоионизированную Х < 10 ^-3

- сильноионизированную (полностью ионизированную)- состоит только из заряженных частиц n_α 0 Х 1

Энергетические параметры состояния плазмы получают из функции распределения частиц каждого сорта по скоростям.

Частицы, образующие плазму, находятся в хаотическом тепловом движении, скорости этих движений зависят от температуры каждого вида частиц t ⁰c e, t ⁰c i, t ⁰c a.Эта температура как правило измеряется в эВ, выражается через энергию

Т_ЭВ=k*T

 

Плазма газового разряда - низкотемпературная, порядка нескольких эВ (1-2), т.е.

 

 

Концентрация частиц

 

 

Низкотемпературная плазма – слабоионизированная,

Температура плазмы связана со средней кинетической энергией теплового движения частиц.

По закону Максвелла-Больцмана скорости заряженных частиц изменяются в соответствии с графиком

Максимум f_e определяет наиболее вероятную скорость движения частиц, например электронов. Эту скорость можно выразить из формулы

 

 

V=V_e - наиболее вероятная скорость максимального количества электронов, но средняя кинетическая энергия теплового движения всех электронов выражается через другую скорость, значение которой можно определить из соотношения:

 

 

V_e – наиболее вероятная скорость, которая определяет среднюю кинетическую энергию электронов

 

Температура дуги

Определяя концентрацию электронов при помощи уравнения Саха и используя принципы квантовой механики, получены формулы для приближенной оценки температуры в столбе дуги.

Хренов К.К. – Для столба дуги при сварке штучными

электродами с покрытием и при сварке под флюсом по длине столба температура принимается постоянной.

-При сварке неплавящимся электродом в среде Ar и He

 

Эти формулы хорошо согласуются с экспериментальными данными. При сварке в среде защитных газов (Ar и He) основным плазмообразующим элементом является газ, анне пары.