|
|
|
| Межотраслевая Интернет-система поиска и синтеза физических принципов действия преобразователей энергии | |
Стартовая страница |
О системе |
Технические требования |
Синтез |
Обучающий модуль |
Справка по системе |
Контакты |
 | Пинч-эффект |
 | |
Анимация
Описание
Пинч-эффект - сжатие плазмы под действием протекающего по ней тока. Пинч-эффект проявляется при достаточно больших силах тока. В простейшей форме это явление наблюдается при исследовании электрических разрядов с большой силой тока в прямых разрядных трубках. Ток, текущий по такому газообразному проводнику (ионизированному газу) окружает себя кольцевыми силовыми линиями магнитного поля. Взаимодействие тока с его собственным магнитным полем создает силу, сжимающую разрядный столб. В результате такого сжатия разряд сжимается в узкий шнур (рис. 1).
Сужение плазмы в плазменный шнур
Рис. 1
В стационарных условиях должно существовать равновесие между газокинетическим давлением, стремящимся расширить плазменный шнур, и электродинамическими силами, которые сжимают его. Условие равновесия в общем случае имеет вид:
,
где j - плотность тока;
H - напряженность магнитного поля на расстоянии r от оси плазменного шнура;
p - давление;
c - скорость света.
Соотношение, связывающее силу тока со средним давлением в плазменном шнуре:
I2A= 200pR2p,
где IA - сила тока;
p - среднее давление по сечению плазменного шнура;
R - радиус плазменного шнура.
Пинч-эффект появляется в токовом канале, например в цилиндре, заполненном проводящей средой. Электрическое поле приложено к противоположным концам цилиндра и действует по его оси. Силовые линии магнитного поля имеют вид концентрических окружностей, плоскости которых перпендикулярны к оси цилиндра. Сила направлена к оси цилиндра и стремится сжать проводящую среду.
Пинч-эффект имеет место в твердотельной плазме (при равной концентрации носителей заряда противоположных знаков) и в низкотемпературной плазме.
Ключевые слова
Разделы наук
Применение эффекта
Плазмотроны, создающие струи плотной низкотемпературной плазмы, широко применяются в различных областях техники: в частности, с их помощью режут и сваривают металлы, наносят покрытия.
Одним из примеров применения эффекта в низкотемпературной плазме является ртутный выпрямитель, а также генераторы низкотемпературной плазмы.
Если электрическую дугу (рис. 3) пропускать через охлаждаемое сопло и одновременно обдувать газом, то дуга сжимается, причем на границе электрического разряда наблюдается интенсивный теплообмен и деионизация.
Дуговой плазмотрон
Рис. 3
Обозначения:
1 - катод;
2 - сопло;
3 - обрабатываемое изделие;
4 - дуга.
Происходит сжатие столба дуги, и усиливается сжимающее действие собственного магнитного поля дуги. В результате увеличивается напряженность электрического поля разряда, электрическая мощность, выделяющаяся в единице объема столба дуги. Температура по оси дуги повышается и может достигать величин, характерных для низкотемпературной плазмы, т.е. 20..50 тыс. К.
Реализации эффекта
Пинч-эффект в прямой разрядной трубке
В разрядной трубке поджигается дуговой разряд. По мере увеличения силы тока визуально наблюдается утоньшение (контракция) разрядного шнура. Это видно на рис. 2.
Пинч-эффект в прямой разрядной трубке
Рис. 2
Обозначения:
1 - разрядная трубка;
2 - электрод;
3 - плазменный шнур;
Е - источник тока.
Литература
1. Ультразвук / Под ред. И.П. Голяминой. - М.: Советская Энциклопедия, 1979.
2. Бреховских Л.М., Гончаров В.В. Введение в механику сплошных сред. - М.: Наука, 1982.
| Стартовая страница О системе Технические требования Синтез Обучающий модуль Справка по системе Контакты | |
 |
|
| Copyright © 2008 РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина | |
