A | B | C | D | E | F | G | H | CH | I | J | K | L | M | N | O | P | Q | R | S | T | U | V | W | X | Y | Z | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9
A Townsend-lavina vagy más néven Townsend-kisülés egy gázionizáló folyamat, ahol kisszámú szabad elektron elegendően nagy elektromos tér hatására lavinaszerű növekedésbe kezd, az elektromos vezetés megnő. Amikor az elektromos térerősség vagy a szabad elektronok száma csökken, ez a hatás megszűnik.
Ezt a folyamatot alacsony áramsűrűség jellemzi. Általában a gázzal töltött csövekben az áram értéke 10–18A - 10–5A között van, miközben az alkalmazott feszültség értéke közel állandó.
Az ionizáció következő lépései a sötét kisülés, az elektromos gázkisülés és végül az ívkisülés, melyet a növekvő áramsűrűség okoz. Mindegyik kisülésfajtában az alapvető mechanizmus a lavinahatás. A Townsend-kisülést John Sealy Townsend angol fizikusról nevezték el, és többnyire „Townsend-lavina” a jelenség elnevezése.
A jelenség leírása
A jelenséget bemutató kísérlet alapfelépítése egy kondenzátor, melynek sík lapjai között gáz van, és fegyverzeteire magas feszültséget kapcsolnak. A kisebb feszültségű fegyverzet neve katód, míg a másik az anód. Townsend azt tapasztalta, hogy a kondenzátoron folyó I áram a fegyverzetekre adott elektromos térerősségtől úgy függ, hogy azt a gázionok megsokszorozzák. Azt tapasztalta, hogy miközben a feszültség állandó, az áram több nagyságrenddel is megnőhet. A kísérleti tapasztalat képletben kifejezve:
ahol
- az átfolyó áram,
- a katód felületén generált fotoelektromos áram
- egy konstans, az Euler-féle szám
- az első Townsend ionizációs együttható, mely kifejezi az egységnyi hosszon keletkező ion párok számát, melyek a katódtól az anód felé haladnak
- a fegyverzetek közti távolság.
A fegyverzetek közötti közel állandó feszültség egyenlő a letörési feszültséggel, mely szükséges az önfenntartó lavinahatáshoz; ez akkor kezd csökkenni, amikor az áram eléri az elektromos gázkisülési tartományt. Az ezt követő kísérlet kimutatta, hogy az I áram gyorsabban nő, mint azt jósolták, ha d távolság nő. Két különböző hatást kellett figyelembe venni, hogy a jelenség fizikáját meg lehessen magyarázni és lehetővé váljon egy mennyiségi számítás.
Pozitív ionok gázionizációja
Townsend hipotézise az volt, hogy a pozitív ionok ionpárokat is produkálnak. Bevezetett egy együtthatót, ez az egységnyi hosszon generált ionpárok száma, melyek (a kationok) az anódtól a katódig mozognak. A következő kifejezést találta:
mivel , jó egyezésben van a kísérletekkel.
„Az első Townsend-együttható” (α), más néven az „első Townsend-lavina-együttható” kifejezi, hogy a másodlagos ionizáció azért történik, mert az elsődleges ionizáció elektronjai elegendő energiára tesznek szert a növekvő elektromos térből vagy az eredeti ionizáló részecskékből. Az együttható megadja a másodlagos elektronok számát, melyet az elsődleges elektronok generáltak egységnyi hosszon.
Ionok hatása a katódemisszióra
Egy alternatív hipotézist is felállítottak. Ez a katód elektronemisszióját tekintette, melyet a pozitív ionok okoznak; Townsend bevezette a „második Townsend-ionizációs együtható”-t, , mely az egy felületre beeső pozitív ion által kibocsátott elektronok átlagos száma:
A két egyenletről azt gondolta, hogy leírja a folyamat korlátozó tényezőit. Az irodalomban más leírások is találhatók[1]
A lavina
A Townsend-lavina egy kaszkád típusú reakció, melyben az elegendő nagy elektromos térben mozgó elektronok játsszák a főszerepet. A reakció olyan térben zajlik, melyet ionizálni lehet, mint például a levegő. A pozitív ion a katód felé mozog, a szabad elektron pedig az anód felé. Az elektromos térben felgyorsul, és elegendő energiához jut ahhoz, hogy felszabadítson újabb elektronokat egy másik atommal vagy molekulával történő ütközéskor. A két szabad elektron megtesz egy bizonyos utat együtt, mielőtt egy újabb ütközés történik. Az anód felé mozgó elektronok száma megsokszorozódik egy kettes faktorral, így n ütközés után 2n szabad elektron lesz.
A lavinahatás egy bizonyos gáznyomáson és elektromos térerősségen fennmarad. Magasabb nyomásokon a kisülés sokkal gyorsabban történik, mint az elektronok mozgására kiszámolt idő, és ekkor az úgynevezett streamer-elmélet érvényes a szikrakisülésre. Nagy mértékben inhomogén elektromos terek esetén a koronakisülés folyamata érvényes. Vákuumban a kisüléshez az atomok porlasztása és az atomok ionizációja szükséges.
Felhasználás
Gázzal töltött fotócsövekben a Townsend-lavinahatás működik. Az elérhető áram 10~20–szor nagyobb, mint vákuumcsövekben. Bármely gázzal töltött elektroncsőben a Townsend-kisülés és a gázkisülés letörési feszültsége alakítja ki a karakterisztikát. Ezt a jelenséget használják oszcillátorok hullámformájának tervezésekor is és az úgynevezett relaxációs oszcillátornál is, melynek fűrészfog-hullámalakja van. Az oszcillátor frekvenciája:
- ahol
- a letörési feszültség,
- a Townsend-kisülés letörési feszültsége,
- , és a kapacitás, ellenállás és a tápfeszültség
Mivel a gázdiódák, neonlámpák hőmérsékleti és időstabilitása alacsony, valamint a letörési feszültség szórása magas, a fenti képlet csupán közelítő képet ad az oszcillátor frekvenciájáról. Townsend-lavinahatás működik a Geiger–Müller-csőben és a proporcionális számlálóban is, ahol az ionizáló sugárzást mérik.
Irodalom
- Little, P.F.. Electron-emission • Gas discharges I, Handbuch der Physik (Encyclopedia of Physics). Springer-Verlag, 574–663. o. (1956).
- James W Gewartowski and Hugh Alexander Watson. Principles of Electron Tubes: Including Grid-controlled Tubes, Microwave Tubes and Gas Tubes. D. Van Nostrand Co, Inc. (1965)
- Herbert J. Reich. Theory and applications of electron tubes. McGraw-Hill Co, Inc. (1939, 1944) Chapter 11 "Electrical conduction in gases" and chapter 12 "Glow- and Arc-dischrage tubes and circuits".
- E.Kuffel, W.S. Zaengl, J.Kuffel. High Voltage Engineering Fundamentals, Second edition. Butterworth-Heinemann (2004). ISBN 0-7506-3634-3
Kapcsolódó szócikkek
További információk
- https://web.archive.org/web/20110322024947/http://forum.index.hu/Article/showArticle?t=9122709
- https://web.archive.org/web/20110717172428/http://www.vilaglex.hu/Fizika/Html/Gazkisul.htm
Források
- ↑ Little, P.F. (1956). "Secondary effects". In Flügge, Siegfried. Electron-emission • Gas discharges I. Handbuch der Physik (Encyclopedia of Physics). XXI. Berlin-Heidelberg-New York: Springer-Verlag. pp. 574–663.
A lap szövege Creative Commons Nevezd meg! – Így add tovább! 3.0 licenc alatt van; egyes esetekben más módon is felhasználható. Részletekért lásd a felhasználási feltételeket.
Analóg multiméterek túlterhelés elleni védelme
Egyenáram
Egyenáram mérése
Egyenirányítós lengőtekercses műszer
Elektromágnes (fizika)
Elektromos feszültség
Elektromos térerősség
Fáziseltolódás
Fázismutató
Fajlagos ellenállás
Feszültséggenerátor
Feszültségváltó
Forgó mágneses tér
Háromfázisú hálózat
Hőelektromosság
Hatásos ellenállás
A lap szövege Creative Commons Nevezd meg! – Így add tovább! 3.0 licenc alatt van; egyes esetekben más módon is felhasználható. Részletekért lásd a felhasználási feltételeket.