Анализ и совершенствование технологии ручной дуговой сварки неповоротных кольцевых стыков магистраль...
Реферат - Экономика
Другие рефераты по предмету Экономика
етической энергией. Изменения потенциальной энергии атома здесь не происходит.
2)при неупругих соударениях частиц энергия передается в виде энергии диссоциации wд , возбуждения wв или ионизации wi , причем за одно столкновение может быть передано сразу несколько электрон-вольт. При этом электрон нейтрального атома переходит с низкого уровня на более высокий, потенциальная энергия атома растет, и атом возбуждается либо ионизируется. Запасаясь в возбужденных атомах, энергия вновь уходит из них в виде излучения столб дуги светится.
Ионизацию можно рассматривать как крайний случай возбуждения, когда электрону сообщается энергия большая, чем самый высокий возбужденный уровень атома.
Энергию, которая должна быть сообщена электрону для его ионизации, часто выражают в вольтах (точнее в электрон-вольтах) и называют соответственно потенциалом ионизации Ui. Условия неупругого соударения электрона е при напряжении поля U можно записать так:
eU >> wд (или wв; wi).
Значения первых потенциалов ионизации Ui некоторых атомов приведены в табл. 3:
Таблица 3
Значения первых потенциалов ионизации некоторых атомов
АтомCsKNaCaFeHONArFNeHeUi,эВ3,94,35,116,087,8313,5313,5614,515,718,621,524,5
Неупругие соударения частиц между собой при высоких температуре и плотности газа приводят к так называемой термической ионизации, которая возникает за счет кинетической энергии частиц. Наиболее вероятна схема электронного удара:
eбыстр + A0A+ + 2eмедл
После неупругого соударения оба электрона будут обладать малыми скоростями и вновь начнут ускоряться электрическим полем.
Ионизация холодной плазмы осуществляется весьма небольшим числом высокоскоростных электронов, соответствующих хвосту максвелловского распределения. Поэтому неупругих столкновений в сварочном столбе дуги обычно значительно меньше, чем упругих.
Энергия ионизации зависит от строения атома, т.е. от его места в периодической системе элементов. Она представляет собой периодическую функцию атомного номера элемента Z и снижается с уменьшением номера группы и увеличением номера периода таблицы Менделеева.
Атомы и молекулы могут возбуждаться не только при соударениях между собой или с ионами и электронами, но и путем поглощения квантов излучения (явление фотоионизации). Такие кванты в дуге появляются при рекомбинации (деионизации, или восстановлении) других сильно возбужденных атомов. Условие фотоионизации:
h? eUi
где h постоянная Планка. Отсюда можно определить длину волны ?i электромагнитного излучения, способного вызвать ионизацию атомов:
? = ?i =
Чем больше потенциал ионизации элемента, тем меньше требуемая для ионизации атома этого элемента длина волны. Для сварочной дуги соответствующие значения длины волны находятся в ультрафиолетовой части спектра. Фотоионизация в плотной плазме, видимо, незначительна по сравнению термической (ударной), причем выделить их доли расчетным и опытным путем пока не удается.
В любой точке стационарного разряда концентрация заряженных частиц любого типа определяется равенством скоростей образования и потерь частиц в этой точке. Ионизация в плазме приводит к разделению зарядов, но электрическое притяжение ограничивает степень возможного разделения и плазма остается квазинейтральной. Наряду с ионизацией непрерывно происходят уравновешивающие ее процессы деионизации. К ним относятся рекомбинация заряженных частиц в нейтральные, захват электронов (прилипание), дрейф проводимости и диффузионные процессы, выравнивающие концентрацию (амбиполярная диффузия)
Явление рекомбинации электрона с ионом заключается в том, что свободный электрон, пролетая в поле иона, захватывается последним и переходит в связанное состояние. При этом освобождается энергия, равная сумме кинетической энергии свободного электрона и его энергии связи. Так как свободные электроны обладают непрерывным набором энергий, то фотоны, излучаемые в процессе рекомбинации, образуют сплошной спектр, на который накладывается линейчатый спектр возбужденных атомов, образующихся при ступенчатых переходах.
Для сварочных дуг излучение рекомбинации преобладает над тормозным излучением электронов и имеется преимущественно сплошной спектр с максимумом в области видимого и ультрафиолетового диапазонов (0,31,0мкм). Спектр сварочной дуги в парах металлов приближается к спектру солнечного излучения с небольшим сдвигом от последнего в сторону длинных волн (рис. 8).
1.3.1.4 Термодинамическая характеристика плазмы. Понятие эффективного потенциала ионизации
Для обычных сварочных дуг, горящих в среде при давлении порядка атмосферного, столб дуги представляет собой плазму. В полностью ионизированной плазме нейтральные частицы отсутствуют.
Плазма дуги квазинейтральна (т. е. почти нейтральна), так, как в ней отрицательный заряд электронов почти точно нейтрализует положительный заряд ионов. Однако так как электроны гораздо подвижнее, чем положительные ионы, то поле заставляет электроны быстро уходить к аноду и столб дуги имеет положительный потенциал относительно катода.
Термическое равновесие в дуговом промежутке будет полным, когда частота появления всех возможных энергетических состояний удовлетворяет распределению Максвелла-Больцмана. В плотной среде столба дуги столкновения между частицами приводят к быстром?/p>