Экспериментальное наблюдение разряда при движении колбы с разряженным газом в электростатическом поле

В настоящее время известно несколько типов газовых разрядов [1-2]. Все газовые разряды делятся на самостоятельные и несамостоятельные.

Несамостоятельными называются газовые разряды, возникающие при наличии внешнего источника ионизации. Свободные носители заряда возникают при ионизации молекул и атомов газа. После прекращения ионизации заряды рекомбинируют. В результате проводимость газа пропадает или возвращается к своему первоначальному значению.

В свою очередь, самостоятельные разряды делятся на:

• -    дуговой разряд;

• -    искровой разряд;

• -    тлеющий разряд;

• -    коронный разряд.

В случае самостоятельного разряда свободные заряды возникают при столкновении электронов или ионов с нейтральными молекулами газа или молекулами электродов.

Математическое моделирование процессов в низкотемпературной плазме, образующейся в результате электрического разряда, изложено в работе [3]. В этой работе приведен также наиболее полный список работ, посвященных разрядам в газах. Ряд экспериментов с некоторыми видами низкотемпературной плазмы приведен в работах [4-7].

В предлагаемой работе на базе, описанной в [8], экспериментально обнаружены новые условия ионизации в разряженном газе. В результате ионизации создается низкотемпературная плазма, которая начинает излучать фотоны.

• 1.    ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ НАБЛЮДЕНИЕ ИОНИЗАЦИИ

  • 1.1.    Эксперимент 1

Принципиальная схема эксперимента изображена на рис. 1. Трубка с разряженным газом (лампа дневного света) (1) движется в электростатическом поле (см. рис. 1 а ), созданным с помощью наэлектризованного тонкого листа, изготовленного из полиметилметакрилата (органическое стекло). В темноте при движении трубки возникает свечение разряженного газа, находящегося внутри трубки. Интенсивность свечения зависит от скорости движения трубки.

В одном случае трубка может непосредственно катиться по листу органического стекла (рис. 1 а ). В другом случае трубка подвешивается над листом на нитях (рис. 1 б ). При этом между листом и разрядной трубкой имеется зазор. Минимальный зазор в положении равновесия составляет несколько миллиметров. Если отклонить трубку из положения равновесия, она начинает совершать свободные колебания. При этом газ, заключенный внутри этой трубки начинает излучать фотоны (светиться). Визуально интенсивность свечения возрастает при увеличении степени электризации или скорости поперечного движения трубки или уменьшении расстояния между трубкой и листом органического стекла. Фотография эксперимента приведена на рис. 1 в , регистрация свечения – на рис. 1 г .

• 1.2.    Эксперимент 2

Принципиальная схема второго эксперимента изображена на рис. 2. Металлическая трубка подвешена на проводниках над листом наэлектризованного органического стекла. Свободные концы проводников замыкаются на газоразряд-

Известия Самарского научного центра Российской академии наук, т. 13, №4, 2011

Рис. 1. Схема эксперимента 1 (а), модификация схемы эксперимента 1 (б), фотография эксперимента при обычном освещении (в), фотография светящейся трубки при движении вдоль наэлектризованного листа полиметилметакрилата (г)

ную трубку (лампу дневного света). Если отклонить металлическую трубку из положения равновесия, трубка начинает совершать колебательные движения. Экспериментатор берет газоразрядную трубку в руки (дотрагивается рукой). В этом случае газоразрядная трубка начинает излучать свет. Интенсивность излучения зависит от скорости движения металлической трубки над листом органического стекла, которая в свою очередь зависит от начального угла отклонения трубки от положения равновесия. Интенсивность зависит также от минимального расстоя-

Рис. 2. Схема эксперимента 2

ния между металлической трубкой и листом органического стекла. Если экспериментатор убирает руку, или металлическая трубка останавливается, то свечение в трубке прекращается.

• 1.3.    Эксперимент 3

Газоразрядная трубка лежит неподвижно (рис. 3). Экспериментатор берет в руки наэлектризованный предмет и начинает им двигать около газоразрядной трубки. Экспериментатор не дотрагивается до трубки. Трубка начинает излучать фотоны. Излучение фотонов тоже прекращается, если прекращается движение наэлектризованного предмета.

Рис. 3. Схема эксперимента 3.

Фотографии светящейся при движении трубки в экспериментах 2, 3 аналогичны рис. 1 г и поэтому не приводятся.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Обнаруженный эффект излучения фотонов при движении газоразрядной трубки в электростатическом поле как и эффект излучения фотонов молекулами газа внутри неподвижной разрядной трубки при движении металлической трубки, соединенной проводниками с газоразрядной трубкой, не поддается объяснению с помощью известных теорий электрических разрядов в разряженном газе. Разряд в газе при наличии переменного электрического поля возникает, когда частота равна нескольким мегагерцам. В нашем эксперименте частота составляет лишь доли герца.

По-видимому, эффект связан с неоднородным в пространстве и изменяющимся по времени электрическим полем. Конечно, результаты работы не могут быть сразу использованы при создании светотехнических устройств [8-11], но важны при исследовании электронных компонент современной техники на электромагнитную совместимость [12-14].

Следующим этапом работы будет установление количественных характеристик явлений, наблюдаемых в эксперименте. Для создания электростатического поля вместо наэлектризованного органического стекла будет использован высоковольтный генератор с напряжением 30-40 киловольт. Лампа дневного света будет заменена на сосуд с разряженным газом. В качестве наполнителя предполагается использовать He, Ne, N, О.

Интенсивность излучения будет измеряться с помощью фотометра.