Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η πειραματική μελέτη των κυμάτων ιονισμού που παράγονται από ηλεκτρικές εκκενώσεις σε ανομοιογενές ηλεκτρικό πεδίο. Συγκεκριμένα, εξετάζουμε τη δημιουργία και διάδοση των streamer στις ηλεκτρικές εκκενώσεις του αζώτου και του ατμοσφαιρικού αέρα. Οι παράμετροι που καθορίζουν την εξέλιξη της εκκένωσης είναι η κατανομή του πεδίου, η πίεση και η φύση του αερίου το οποίο μελετάμε.
Στο κεφάλαιο 1 γίνεται μια εισαγωγή στους φυσικούς μηχανισμούς των ηλεκτρικών εκκενώσεων καθώς και στις χαρακτηριστικές V-I αυτών και θα παρουσιαστούν συνοπτικά τα «φωτεινά-οπτικά» χαρακτηριστικά τους. Βάση για όλες τις θεωρίες που πραγματεύονται την παραγωγή πλάσματος συνιστά η θεωρία Townswed. Σύμφωνα με αυτή, τα αέρια κατά την εφαρμογή μιας κρίσιμης τιμής τάσης παύουν να είναι μονωτές, υφίστανται ηλεκτρική διάσπαση και μετατρέπονται σε αγωγούς. Προτείνεται έτσι μια πολύ καλή εξήγηση των μηχανισμών των ηλεκτρικών εκκενώσεων που αφορά όμως, μόνο τα ομογενή πεδία. Η πλήρης ερμηνεία τους επιτυγχάνεται με τη θεωρία των κυμάτων ιονισμού (streamer) που λαμβάνει υπόψην τα μη αμελητέα φορτία χώρου στα οποία εξάλλου και αποδίδει τη μεγάλη ταχύτητα διάδοσης του φαινομένου.
Συμπληρωματικά, παρουσιάζεται συνοπτικά η εκκένωση αίγλης που συνιστά κατηγορία φαινομένων που αναπτύσσονται όταν το ρεύμα που διαρρέει το διάκενο γίνεται σημαντικό (Ι>10 μΑ), δηλαδή όταν το κύριο χαρακτηριστικό της εκκένωσης είναι η έντονη παραμόρφωση του ηλεκτρικού πεδίου που προκαλείται από το φορτίο χώρου που συσσωρεύεται στο διάκενο.
Στο κεφάλαιο 2 περιγράφεται πλήρως το εργαστήριο, η πειραματική διάταξη που χρησιμοποιήθηκε, τα όργανα των μετρήσεων καθώς και τα αέρια που εξετάζουμε. Κατόπιν, αναφέρονται συνοπτικά τα στάδια που πειράματος καθώς οι δυσκολίες που συναντήθηκαν. Επιπλέον, διερευνάται η ευστάθεια της ηλεκτρικής εκκένωσης που εξαρτάται κυρίως από την επιλογή της αντίστασης φορτίου .
Στο κεφάλαιο 3, παρουσιάζονται τα πειραματικά αποτελέσματα για τις ηλεκτρικές εκκενώσεις του αζώτου και του ατμοσφαιρικού αέρα για πιέσεις 1-100mbar. Μελετάται η συμπεριφορά των εκκενώσεων για μεταβολές του διακένου, της ανόδου και της καθόδου όπως αυτά αναδεικνύονται από τις χαρακτηριστικές καμπύλες V-I αλλά και τα αντίστοιχα παλμογραφήματα. Συμπληρωματικά, σχολιάζονται τα ηλεκτρικά και τα οπτικά χαρακτηριστικά τους και επιχειρείται σύγκριση μεταξύ των δύο αερίων. Καθοριστική για την εξέλιξη της εκκένωσης επιβεβαιώνεται ότι είναι η φύση, εν προκειμένω η ηλεκτραρνητικότητα ή μη, του κάθε αερίου καθώς και το υλικό της καθόδου και η πίεση, φυσικά.
Στο κεφάλαιο 4 γίνεται μια ανακεφαλαίωση των παρατηρήσεων που προέκυψαν από το πείραμα και παρουσιάζονται κάποιες σκέψεις. Γίνεται προσπάθεια να αντιστοιχεί κάθε μια περιοχή της εκκένωσης στην αντίστοιχη που προβλέπεται από τη θεωρία.
Στο κεφάλαιο 5, παρουσιάζεται η αρχή λειτουργίας του φωτοπολλαπλασιαστή. Τέλος, παρουσιάζεται η βιβλιογραφία. / The purpose of the present assignment is the experimental study of the streamers which are produced by electrical discharges at inhomogeneous electrical fields. Specifically, we examine the creation and spreading of the streamers at the electrical discharges of pure nitrogen and atmospheric air. The parameters which define the discharge’s evolution are the field’s allocation, the pressure and the nature of the gas.
In chapter 1, an introduction to the physic mechanism of the electrical discharges and the characteristic curves V-I takes place. Their light and optical characteristics are presented, as well. The basis for all the theories that deal with plasma’s production is Townsed’s theory. According to this, gases subsisting a crucial value of voltage stop being insulators, incur an electrical disruption and become conductors. Thus, a very nice explanation of the mechanisms of the electrical discharges is suggested but it refers only to the homogeneous fields. Full interpretation is achieved through the streamers’ theory which takes the space charges into consideration and attributes to them the great spreading’s velocity of the phenomenon.
Additionally, the glow discharges are presented. Glow discharges constitute a category of phenomena which evolve when the current in the gap becomes significant. In other words, they evolve when the discharge’s main characteristic is the intense distortion of the electrical field because of the space charges.
In chapter 2, the lab, the experimental set-up, the machinery used and the gases are described. Moreover, the experiment’s steps and the difficulties we met
are briefly reported. Furthermore, the stability of the discharge that depends on the load resistance is examined.
In chapter 3, we present the experimental results concerning the electrical discharges of nitrogen and atmospheric air for pressures 1-100 mbar. The behavior of the discharges is studied while changing the gap, the anode, the cathode and is highlighted at the curves V-I and the oscillograph. In addition, we comment on the electrical and optical characteristics of the discharges and a comparison between the two gases is attempted. The nature of the gas turns out to be significant to the evolution of the discharge (the existence of electronegativity makes a difference). The same thing happens with the cathode’s material and the pressure, too.
In chapter 4, we sum up the remarks on the experiment and present some thoughts and questionings. An effort to match the discharge’s regions to the counterpart ones predicted by the theory also takes place.
Finally, in chapter 5, the principles of the photomultiplier are explained. Last but not least, the bibliography that has been used is presented.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:upatras.gr/oai:nemertes:10889/4407 |
| Date | 16 June 2011 |
| Creators | Ανδριωτέλλη, Ελένη |
| Contributors | Σπύρου, Νικόλαος, Andriotelli, Eleni, Πυργιώτη, Ελευθερία, Σπύρου, Νικόλαος |
| Source Sets | University of Patras |
| Language | gr |
| Detected Language | Greek |
| Type | Thesis |
| Rights | 12 |
Page generated in 0.0033 seconds