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Gasentladungen Niedertemperatur-Plasmen, wesentlich: elektrische Felder (stationäre (DC) oder Wechselfelder (AC)) Bsp. DC-Glimmentladung: ein (primär-)

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Präsentation zum Thema: "Gasentladungen Niedertemperatur-Plasmen, wesentlich: elektrische Felder (stationäre (DC) oder Wechselfelder (AC)) Bsp. DC-Glimmentladung: ein (primär-)"—  Präsentation transkript:

1 Gasentladungen Niedertemperatur-Plasmen, wesentlich: elektrische Felder (stationäre (DC) oder Wechselfelder (AC)) Bsp. DC-Glimmentladung: ein (primär-) Elektron aus Kathode herausgelöst, z.B. durch Photon Energiegewinn durch E-Feld Durch Stoßionisation weitere Elektronen

2 DC-Glimmentladung Kontinuierliche Nachlieferung von Elektronen durch Sekundärelektronen- Emission Beschreibung der Zünd- und Existenzbedingungen nach Townsend: Anzahl der Ionisationsstöße/Wegstrecke für Elektronen [1/m] Anzahl der Ionisationsstöße pro Wegstrecke für Ionen [1/m] aus der Kathode ausgelöste Zahl von Sekundärelektronen pro Ion

3 DC-Glimmentladung: Zündbedingung Ein aus Kathode ausgelöstes Primär-Elektron erzeugt weitere Elektronen: d dx e eN 0 1 d e 1 vereinfacht: Die dabei gebildeten Ionen treffen auf Kathode und können weitere Elektronen herauslösen, lawinenartige Verstärkung des Primärelektrons Entladung zündet für: 1.(Start)lawine 1 1 N d eN Lawine 1 2 d eN dd eeN 1 2 n. Lawine 1 )1( n d n eN KathodeAnode

4 DC-Glimmentladung: Lawinenstrom Entladung zündet für: Zeit Strom Ionenlaufzeit typisch 10 s

5 Ionisierungswahrscheinlichkeit Stoß Ionisation Richtung Anode E

6 DC-Glimmentladung: Paschen-Kurve Einsetzen in Zündbedingung Ansatz für Ionisierungswk.:

7 DC-Glimmentladung: Paschen-Kurve ergibt Zündspannung: für hohe Spannungen Feldemission für hohe Drücke: Funkendurch- bruch

8 DC-Glimmentladung: in der Nähe der Zündbedingung Gesamtstrom (Anodenstrom): verstärkter Kathodenstrom Kathodenstrom: externer Fremdstrom + Sekundärelektronenstrom (unter stationären Bedingungen) Divergenz des Stroms in der Nähe der Zündbedingung

9 normale Glimmentladung Elektronen Ionen d´ virtuelleAnode b)mittlerere Stromdichte, mittlere Gasverstärkung a) geringe Stromdichte, geringe Gasverstärkung d´=d Kathode (0) Anode (+U ) j tot d´ c)hohe Stromdichte, hohe Gasverstärkung E ~ U/d´ Ionen Elektronen

10 normale Glimmentladung (rel.E.) Vorrücken der virtuellen Anode E/p (rel.E.) E=U/d E=U/d ´ durchläuft Maximum mit Vorrücken der virtuellen Anode stabil! instabil! E=U/d´ (rel.E.)

11 Leuchterscheinungen

12 U/I -Charakteristik einer Glimmentladung U (V) I (A) normale sub- normale anomale Glimmentladung Bogen- entladung Zündung unselbst- ständige Dunkel- entladung 10 -7

13 Übergang Glimm- zu Bogenentladung Normale Glimmentladung virtuelle Anode U I anomale Glimm- entladung Bogen subnormale (instabile) Glimm- entladung

14 Bogenentladung

15 Bogenentladung: Plasma-Schweißen

16 Funkendurchbruch Bei hohen Drücken, etwa 1000 mal schneller als Glimmentladungs- durchbruch (10 ns statt 10 s)

17 Anwendung: Leuchtstoffröhre Kathode Anode positive Säule negatives Glimmlicht Leuchtstoff sichtbares Licht Hg-Resonanzlinien bei 254 nm

18 Leuchtstoffröhre: Spektrum Problem: kein kontinuierliches Spektrum (verschiedene Leuchtsoffe) Farbtemperaturen:

19 Leuchtstoffröhre: Energiesparlampen 50 … 100 lm/W (Glühlampe: 15 lm/W) Licht Wärme Verbot von Glühlampen geplant: Irland 2009 Australien 2010 Kanada 2012

20 Anwendung: Hochdrucklampe Na Dampflampe (höchster Wirkungsgrad: 150 lm/W) Direkte Lichterzeugung

21 Anwendung: Plasmabildschirm


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