Плотность электронов в одноканальном тлеющем разряде атмосферного давления на поверхность дистиллированной воды
Приведены зависимости удельной электрической мощности тлеющего разряда над поверхностью дистиллированной воды, площади катодного пятна и поперечного сечения положительного столба от величины тока разряда. Выполнены оценки максимальной плотности электронов в катодной части разряда и его положительном...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Технічна електродинаміка |
|---|---|
| Дата: | 2016 |
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Інститут електродинаміки НАН України
2016
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/121924 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Плотность электронов в одноканальном тлеющем разряде атмосферного давления на поверхность дистиллированной воды / А.К. Шуаибов, Л.В. Месарош, М.П. Чучман // Технічна електродинаміка. — 2016. — № 2. — С. 25-28. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-121924 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Шуаибов, А.К. Месарош, Л.В. Чучман, М.П. 2017-06-21T19:18:21Z 2017-06-21T19:18:21Z 2016 Плотность электронов в одноканальном тлеющем разряде атмосферного давления на поверхность дистиллированной воды / А.К. Шуаибов, Л.В. Месарош, М.П. Чучман // Технічна електродинаміка. — 2016. — № 2. — С. 25-28. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. 1607-7970 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/121924 537.525 + 539.19 Приведены зависимости удельной электрической мощности тлеющего разряда над поверхностью дистиллированной воды, площади катодного пятна и поперечного сечения положительного столба от величины тока разряда. Выполнены оценки максимальной плотности электронов в катодной части разряда и его положительном столбе при токах 10-32 мА. Максимальная плотность электронов может достигать 10¹³ см⁻³ в катодной части тлеющего разряда, а в положительном столбе она не будет превышать 2х10¹¹ см⁻³. Наведено залежності питомої електричної потужності тліючого розряду над поверхнею дистильованої води, площі катодної плями і поперечного перерізу позитивного стовпа від величини струму розряду. Виконано оцінки максимальної густини електронів у катодній частині розряду і його позитивному стовпі при струмах 10-32 мА. Максимальна густина електронів може досягати 10¹³ см⁻³ у катодній частині тліючого розряду, а у позитивному стовпі вона не перевищуватиме 2х10¹¹ см⁻³. The discharge current dependences of the specific electrical power of the glow-discharge above the distilled water surface, the cathode spot area and area of cross-section of positive column has been investigated. For currents up to 32 mA, the discharge exists in the form of a single homogeneous channel. When the current is increased to increase in the cross-section of positive column to 22 mm² was observed. The cathode spot area decreases from 14 (I = 10 mA) to 9.5 mm² (I = 17-32 mA). At the current increasing from 12 to 32 mA the electric power of discharge was increased linearly from 15 to 32 W. The maximum value of the average volumetric density of electric discharge power is achieved at a current of 32 mA and consist of 0,35 W/mm³ . Increasing of current from 12 to 16 mA give decreasing of discharge volume from 73 to 65 mm³ , and the current rise from 22 to 32 mA linearly increases discharge volume from 65 to 80 mm³ . The maximum value of electron concentration was estimated in the cathode spot area and in positive column at 10-32 mА current. The electron concentration consists up to ne = 10¹³ см⁻³ in the cathode spot. In positive column it consists less then 2×10¹¹ см⁻³. ru Інститут електродинаміки НАН України Технічна електродинаміка Теоретична електротехніка та електрофізика Плотность электронов в одноканальном тлеющем разряде атмосферного давления на поверхность дистиллированной воды Густина електронів в одноканальному тліючому розряді атмосферного тиску на поверхню дистильованої води The concentration of electrons in the one-channel atmospheric pressure glow discharge plasma to the surface of distilled water Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Плотность электронов в одноканальном тлеющем разряде атмосферного давления на поверхность дистиллированной воды |
| spellingShingle |
Плотность электронов в одноканальном тлеющем разряде атмосферного давления на поверхность дистиллированной воды Шуаибов, А.К. Месарош, Л.В. Чучман, М.П. Теоретична електротехніка та електрофізика |
| title_short |
Плотность электронов в одноканальном тлеющем разряде атмосферного давления на поверхность дистиллированной воды |
| title_full |
Плотность электронов в одноканальном тлеющем разряде атмосферного давления на поверхность дистиллированной воды |
| title_fullStr |
Плотность электронов в одноканальном тлеющем разряде атмосферного давления на поверхность дистиллированной воды |
| title_full_unstemmed |
Плотность электронов в одноканальном тлеющем разряде атмосферного давления на поверхность дистиллированной воды |
| title_sort |
плотность электронов в одноканальном тлеющем разряде атмосферного давления на поверхность дистиллированной воды |
| author |
Шуаибов, А.К. Месарош, Л.В. Чучман, М.П. |
| author_facet |
Шуаибов, А.К. Месарош, Л.В. Чучман, М.П. |
| topic |
Теоретична електротехніка та електрофізика |
| topic_facet |
Теоретична електротехніка та електрофізика |
| publishDate |
2016 |
| language |
Russian |
| container_title |
Технічна електродинаміка |
| publisher |
Інститут електродинаміки НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Густина електронів в одноканальному тліючому розряді атмосферного тиску на поверхню дистильованої води The concentration of electrons in the one-channel atmospheric pressure glow discharge plasma to the surface of distilled water |
| description |
Приведены зависимости удельной электрической мощности тлеющего разряда над поверхностью дистиллированной воды, площади катодного пятна и поперечного сечения положительного столба от величины тока разряда. Выполнены оценки максимальной плотности электронов в катодной части разряда и его положительном столбе при токах 10-32 мА. Максимальная плотность электронов может достигать 10¹³ см⁻³ в катодной части тлеющего разряда, а в положительном столбе она не будет превышать 2х10¹¹ см⁻³.
Наведено залежності питомої електричної потужності тліючого розряду над поверхнею дистильованої води, площі катодної плями і поперечного перерізу позитивного стовпа від величини струму розряду. Виконано оцінки максимальної густини електронів у катодній частині розряду і його позитивному стовпі при струмах 10-32 мА. Максимальна густина електронів може досягати 10¹³ см⁻³ у катодній частині тліючого розряду, а у позитивному стовпі вона не перевищуватиме 2х10¹¹ см⁻³.
The discharge current dependences of the specific electrical power of the glow-discharge above the distilled water surface, the cathode spot area and area of cross-section of positive column has been investigated. For currents up to 32 mA, the discharge exists in the form of a single homogeneous channel. When the current is increased to increase in the cross-section of positive column to 22 mm² was observed. The cathode spot area decreases from 14 (I = 10 mA) to 9.5 mm² (I = 17-32 mA). At the current increasing from 12 to 32 mA the electric power of discharge was increased linearly from 15 to 32 W. The maximum value of the average volumetric density of electric discharge power is achieved at a current of 32 mA and consist of 0,35 W/mm³ . Increasing of current from 12 to 16 mA give decreasing of discharge volume from 73 to 65 mm³ , and the current rise from 22 to 32 mA linearly increases discharge volume from 65 to 80 mm³ . The maximum value of electron concentration was estimated in the cathode spot area and in positive column at 10-32 mА current. The electron concentration consists up to ne = 10¹³ см⁻³ in the cathode spot. In positive column it consists less then 2×10¹¹ см⁻³.
|
| issn |
1607-7970 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/121924 |
| citation_txt |
Плотность электронов в одноканальном тлеющем разряде атмосферного давления на поверхность дистиллированной воды / А.К. Шуаибов, Л.В. Месарош, М.П. Чучман // Технічна електродинаміка. — 2016. — № 2. — С. 25-28. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT šuaibovak plotnostʹélektronovvodnokanalʹnomtleûŝemrazrâdeatmosfernogodavleniânapoverhnostʹdistillirovannoivody AT mesarošlv plotnostʹélektronovvodnokanalʹnomtleûŝemrazrâdeatmosfernogodavleniânapoverhnostʹdistillirovannoivody AT čučmanmp plotnostʹélektronovvodnokanalʹnomtleûŝemrazrâdeatmosfernogodavleniânapoverhnostʹdistillirovannoivody AT šuaibovak gustinaelektronívvodnokanalʹnomutlíûčomurozrâdíatmosfernogotiskunapoverhnûdistilʹovanoívodi AT mesarošlv gustinaelektronívvodnokanalʹnomutlíûčomurozrâdíatmosfernogotiskunapoverhnûdistilʹovanoívodi AT čučmanmp gustinaelektronívvodnokanalʹnomutlíûčomurozrâdíatmosfernogotiskunapoverhnûdistilʹovanoívodi AT šuaibovak theconcentrationofelectronsintheonechannelatmosphericpressureglowdischargeplasmatothesurfaceofdistilledwater AT mesarošlv theconcentrationofelectronsintheonechannelatmosphericpressureglowdischargeplasmatothesurfaceofdistilledwater AT čučmanmp theconcentrationofelectronsintheonechannelatmosphericpressureglowdischargeplasmatothesurfaceofdistilledwater |
| first_indexed |
2025-11-25T22:33:25Z |
| last_indexed |
2025-11-25T22:33:25Z |
| _version_ |
1850570041196544000 |
| fulltext |
ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2016. № 2 25
УДК: 537.525 + 539.19
ПЛОТНОСТЬ ЭЛЕКТРОНОВ В ОДНОКАНАЛЬНОМ ТЛЕЮЩЕМ РАЗРЯДЕ
АТМОСФЕРНОГО ДАВЛЕНИЯ НА ПОВЕРХНОСТЬ ДИСТИЛЛИРОВАННОЙ ВОДЫ
А.К.Шуаибов, докт.физ.-мат.наук, Л.В.Месарош, канд.физ.-мат.наук, М.П.Чучман, канд.физ.-мат.наук
Ужгородский национальный университет,
ул. Подгорная, 46, Ужгород, 88000, Украина,
e-mail: shuaibov@i.ua
Приведены зависимости удельной электрической мощности тлеющего разряда над поверхностью дистиллиро-
ванной воды, площади катодного пятна и поперечного сечения положительного столба от величины тока
разряда. Выполнены оценки максимальной плотности электронов в катодной части разряда и его положи-
тельном столбе при токах 10-32 мА. Максимальная плотность электронов может достигать 1013 см-3 в ка-
тодной части тлеющего разряда, а в положительном столбе она не будет превышать 2х1011 см-3.
Библ. 11, рис. 3.
Ключевые слова: плотность электронов, тлеющий разряд, дистиллированная вода, удельная электрическая
мощность тлеющего разряда, площадь катодного пятна, площадь поперечного сечения положительного столба.
Введение. Плазма тлеющего разряда с водяным катодом в воздухе атмосферного давления
является сильнонеравновесной, служит источником радикалов, атомов водорода и кислорода. Она
находит все более широкое применение в системах очистки воды, воздуха, медицине, в сельском хо-
зяйстве и других технологических процессах [1, 2]. Значительно меньше исследован такой разряд с
точки зрения физики процессов и параметров плазмы. Хотя устойчивый тлеющий разряд атмосфер-
ного давления в воздухе существует в широком диапазоне токов (0,001−5) А [3, 5], изучать парамет-
ры плазмы более удобно в околопороговой области токов (1−50) мА, когда он является одноканаль-
ным с довольно простыми пространственными характеристиками. При этом нагревание воды мини-
мально, и нет необходимости в ее добавке и прокачке с целью поддержания постоянного расстояния
между металлическим анодом и поверхностью воды.
Плотность электронов − это базовый параметр разряда, определяющий его использование в раз-
личных технологиях. В подобном разряде она оценивалась в работе [10] по зондовым измерениям и по-
глощению СВЧ излучения в центре разрядного промежутка тлеющего разряда, сформированного меж-
ду анодом и катодом в виде струй технической воды в воздухе атмосферного давления (ne ≈ 1012 cм-3).
Некоторые электрические и оптические характеристики тлеющего разряда в воздухе атмосферного дав-
ления с катодом на основе дистиллированной воды и растворов медного купороса приведены в [8, 9].
Для оценки плотности электронов в этих разрядах требуется более детальное исследование его прост-
ранственных характеристик, что позволяет оценить величину ne по плотности тока.
Основной целью статьи было определение плотности электронов в разных пространственных
областях одноканального тлеющего разряда в воздухе атмосферного давления с катодом на основе
дистиллированной воды.
Условия эксперимента. Тлеющий разряд зажигался на поверхности дистиллированной воды
в кювете из оргстекла объемом один литр. Металлический анод (иголка из меди диаметром 2 мм) ус-
танавливался над поверхностью дистиллированной воды в воздухе атмосферного давления. Оптими-
зация по обьему разряда и интенсивности его излучения для межэлектродного расстояния «кончик
анода – поверхность воды» показала, что оно составляет d=7 мм [8], поэтому все исследования про-
ведены при этом расстоянии. Толщина воды над поверхностью металлического катода, погруженного
в воду, составляла 3−4 мм. Разряд зажигался при помощи высоковольтного источника постоянного
тока (напряжение U=1−25 кВ; ток I=1−100 мА), а для стабилизации горения тлеющего разряда при-
менялось балластное сопротивление R=434 кОм. Геометрические размеры тлеющего разряда опреде-
лялись фотографированием соответствующего плазмообразования при разных токах. Электрическая
мощность разряда определялась на основании вольт-амперных характеристик, измеренных с исполь-
зованием киловольтметра С-196 и миллиамперметра М 906.
Характеристики и параметры тлеющего разряда. Фотографии тлеющего разряда над по-
верхностью дистиллированной воды при разных условиях зажигания представлены в [8], а некоторые
результаты их цифровой обработки показаны на рис. 1, где представлена зависимость площади ка-
© Шуаибов А.К., Месарош Л.В., Чучман М.П., 2016
26 ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2016. № 2
тодного пятна (1) и поперечного сечения положительного столба (2) от тока тлеющего разряда. Как
видно из рис. 1, при небольших токах (I=10 мА) площадь катодного пятна S=14 мм2 значительно боль-
ше поперечного сечения положительного столба. С увеличением тока до 32 мА наблюдался непрерыв-
ный рост поперечного сечения положительного столба примерно до 22 мм2, а площадь катодного пятна
уменьшалась до 8,5−9,5 мм2 при токах 17−32 мА и там стабилизировалась, что мо-
жет быть связано с доминированием в плазме тех или иных газофазных реакций.
При увеличении тока происходит сильное насыщение воздуха парами воды
с образованием гидроксила и пероксида водорода, оксида азота, а также других
продуктов химических реакций в газовой фазе [7]. Поэтому для избежания насы-
щения воды азотсодержащими соединениями [11], а также наиболее оптимальным
по площади (рис. 1) для обработки загрязненной поверхности воды является режим
горения разряда при малых токах (I=5−10 мА). Для синтеза химических соедине-
ний в газовой фазе подходящими будут токи I ≥25 мА, когда объем разряда увели-
чивался (рис. 2). Вместе с тем при увеличении тока усиливается электролитическая диссоциация, что
способствует очистке объема воды и увеличению эффективности ионных реакций в нем, что, в свою
очередь, приводит к агломерации продуктов электролитической диссоциации и электрохимических
процессов для растворенных в воде неорганических соединений [9]. В целом, для оптимального под-
бора режима очистки воды необходимо учитывать степень и вид загрязнения.
Вольтамперные характеристики исследуемого тлеющего разряда при разных
d=(1−7) мм приведены в [8]. Их обработка показала, что максимальная величина ка-
тодного падения потенциала UK = 495 В достигалась при токе 12 мА, а при увеличе-
нии тока она уменьшалась до 440 В. На рис. 2 показана зависимость усредненной по
обьему плазмы электрической мощности тлеющего разряда с водяным катодом от
величины тока. Электрическая мощность тлеющего разряда при увеличении тока от
12 до 32 мА увеличивалась практически по линейному закону в диапазоне 15−32 Вт.
При увеличении тока от 12 до 16 мА удельная электрическая мощность разряда
уменьшалась от 0,33 до 0,3 Вт/мм3, а после этого плавно увеличивалась до 0,35 Вт/мм3 с ростом тока
до 32 мА (рис. 2). При увеличении тока в диапазоне 22−32 мА, объем разряда линейно увеличивался
от 65 до 80 мм3, а при увеличении тока от 12 до 16 мА объем плазмообразования уменьшался с 73 до
65 мм3. Такой вид зависимости объема разряда от тока связан с постепенным увеличением плотности
паров воды в разрядном промежутке (и радикалов ОН), а при I ≥25 мА − резким увеличением плот-
ности NO [8].
Оценки величины концентрации электронов в разных частях тлеющего разряда проведены по
величине измеряемого тока (І) и геометрическим размерам плазмы по формуле ne=(I/S)(1/evdr), где e –
заряд электрона, ne – плотность электронов, vdr – скорость дрейфа электронов, S – площадь попереч-
ного сечения плазмы. Более полно методика оценки плотности электронов в тлеющем разряде над
поверхностью жидкости описана в [4].
Скорость дрейфа электронов в разряде может быть представлена в виде произведения напря-
женности электрического поля (Е) и подвижности электронов (μ) vdr= μE , где μ=(2еl/mE)0,5 (здесь l –
длина сводного пробега электрона, m − масса электрона). Образование заряженных частиц происхо-
дит преимущественно в катодном слое тлеющего разряда, где плотность заряженных частиц макси-
мальна. Оценку максимального значения напряженности электрического поля в катодной области
можно получить по формуле E=Ei /el, где Ei – энергия ионизации молекулы азота.
Зная, что (согласно теории столкновений) размер катодного и анодного слоя составляет при-
мерно 10-6 м, а катодное падение потенциала (Uk) намного больше чем анодное (Ua), напряженность
электрического поля в положительном столбе возможно оценить из отношения (U−Uk)/d, (где d – рас-
стояние между электродами) [6]. Определив из вольт-амперных характеристик разряда при разных
межэлектродных расстояниях [6] величину катодного падения потенциала, можно установить размер
катодной области тлеющего разряда hk = Uk/E.
Для расчетов плотности электронов в разных областях тлеющего разряда с катодом из дис-
тиллированной воды использовались нормальные условия. Длина сводного пробега электронов (рас-
стояние, которое в среднем проходит электрон до его столкновения с атомами газа) оценивалась че-
рез диаметр D и плотность молекул азота nN2 (nN2=p/kT): l=1/(20,5 πD2nN2). Приближения, что газом
является азот и Ua<<Uk, могут внести погрешность в вычисления до 30 %. Ввиду сильной зависимос-
ти длины свободного пробега от параметров плазмы, принятые допущения позволили сделать оценки
ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2016. № 2 27
максимальной величины ne из-за того, что реальная длина свободного пробега может быть в несколь-
ко раз больше оценочной. Из-за упрощений получаем средний множитель от 0,2 до 1,3, что и будет
отображать погрешность расчетов как нижней, так и верхней границ концентрации электронов.
Таким образом, для катодной части разряда получено, что максимальная величина напряжен-
ности электрического поля составляет Е=1,7×108 В/м, высота катодного слоя − 2,6×10-6 м, подвиж-
ность электронов − 0,0134 м2/В·с, скорость дрейфа электронов − 2,36×106 м/с и величина параметра −
E/N=7185 Тд. Для положительного столба разряда − Е=77250 В/м, подвижность электронов −
0,6398 м2/В·с, скорость дрейфа электронов − 49427 м/с и величина параметра − E/N =3,2 Тд.
Результаты оценок максимальной плотности электронов в разных частях
тлеющего разряда с водяным катодом для токов в диапазоне 10−32 мА показаны
на рис. 3: ● − в положительном столбе; ■ − в катодной части. Величина ne в ка-
тодной части разряда с ростом тока увеличивалась от 2 до 10×1012 см-3 в диапазоне
токов 10−30 мА, плотность электронов в положительном столбе при этом увели-
чивалась от 1 до 2×1011 см-3. При больших токах величина ne в положительном
столбе разряда стабилизировалась на уровне 2×1011 см-3. Увеличение плотности
электронов в катодной части тлеющего разряда на фоне незначительного измене-
ния диаметра катодного пятна указывает на образование в катодном слое молекул
с малыми потенциалами ионизации. В нашем случае такими могут быть радикалы OH и NO [6].
Таким образом, исследования тлеющего разряда с катодом из дистиллированной воды пока-
зали, что в воздухе атмосферного давления при токах до 32 мА разряд существует в форме одного
канала с диффузным положительным столбом и катодной частью; максимальная плотность электро-
нов при токах 30−32 мА в катодном слое разряда может достигать 1013 см-3, а в положительном стол-
бе она не превышает 2х1011 см-3.
Исследование проведены при частичном финансировании за счет программы «Украина – Бе-
ларусь», проект Ф54. 1/ 030.
1. Божко И.В., Чарный Д.В. Исследование эффективности очистки воды от органических примесей импульс-
ными разрядами // Технічна електродинаміка. – 2013. – № 3. – С. 81-86.
2. Гайсин А.Ф., Абдуллин И.Ш., Гайсин Ф.М. Струйный многоканальный разряд с электролитическими электро-
дами в процессах обработки твердых тел. – Казань: Каз. гос. техн. университет, 2006. – 446 с.
3. Жилинский В.В., Дроздович В.Б., Иванова Н.П., Жданок С.А. Гальваноплазменные процессы в сульфатных и
иодидных водных средах // Известия Национальной академии наук Беларуси. Серия химических наук. – 2010. –
№ 1. - С. 12-15.
4. Месарош Л.В. Фізика процесів у низькотемпературній лазерній і газорозрядній плазмі алюмінію, олова та
повітря. Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю
01.04.04 − фізична електроніка. – Ужгород: ДВНЗ «Ужгородський національний університет», 2013. – 173 c.
5. Мустафин Т.Б., Гайсин Ал.Ф. Многоканальный разряд между струйным электролитическим анодом и твер-
дотельным катодом // Теплофизика высоких температур. – 2011. – Т. 49. – № 4. – С. 634-637.
6. Райзер Ю.П. Физика газового разряда. – Москва: Наука, 1992. – 536 с.
7. Сироткин Н.А., Хлюстова А.В., Максимов А.И. Численное моделирование состава газовой фазы в тлеющем
разряде с электролитным катодом // Электронная обработка материалов. – 2014. – Т. 50. – № 4. - С. 42–48.
8. Шуаибов А.К., Чучман М.П., Месарош Л.В. Характеристики тлеющего разряда в воздухе атмосферного дав-
ления над поверхностью воды // Журнал технической физики. – 2014. – Т. 84. − Вып. 6. – С. 60-64.
9. Шуаибов А.К., Чучман М.П., Кoзак Я.Ю. Электрические характеристики тлеющего разряда в воздухе с элек-
тролитическим катодом на основе сульфата меди // Успехи прикладной физики. – 2014. – Т. 2. – № 1. - С. 41-44.
10. Andre P., Barinov Yu., Faure C., Kaplan V., Lefort A., Skol,nik S., and Vacher D. Experimental study of discharge
with liquid non-metallic (tap-water) electrodes in air at atmospheric pressure // Journal of Physics D: Applied Physics.
– 2001. – Vol. 34. – No 24. – Pp. 3456-3465.
11. Bruggeman P., Leys C. Non-thermal plasmas in and in contact with liquids // Journal of Physics D: Applied
Physics. – 2009. – Vol. 42. – 053001 (28 p).
УДК: 537.525 + 539.19
ГУСТИНА ЕЛЕКТРОНІВ В ОДНОКАНАЛЬНОМУ ТЛІЮЧОМУ РОЗРЯДІ АТМОСФЕРНОГО ТИСКУ
НА ПОВЕРХНЮ ДИСТИЛЬОВАНОЇ ВОДИ
Шуаібов О.К., Месарош Л.В., Чучман М.П.
Ужгородський національний університет,
28 ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2016. № 2
вул. Підгірна, 46, Ужгород, 88000, Україна. e-mail: shuaibov@i.ua
Наведено залежності питомої електричної потужності тліючого розряду над поверхнею дистильованої води,
площі катодної плями і поперечного перерізу позитивного стовпа від величини струму розряду. Виконано
оцінки максимальної густини електронів у катодній частині розряду і його позитивному стовпі при струмах
10-32 мА. Максимальна густина електронів може досягати 1013 см-3 у катодній частині тліючого розряду, а у
позитивному стовпі вона не перевищуватиме 2×1011 см-3. Бібл. 11, рис. 3.
Ключові слова: густина електронів, тліючий розряд, дистильована вода, питома електрична потужність
тліючого розряду, площа катодної плями, площа поперечного перерізу позитивного стовпа.
THE CONCENTRATION OF ELECTRONS IN THE ONE-CHANNEL ATMOSPHERIC PRESSURE GLOW
DISCHARGE PLASMA TO THE SURFACE OF DISTILLED WATER
Shuaibov А.K., Mesarosh L.V., Chuchman M.P.
Uzhgorod National University,
str. Pidhirna, 46, Uzhgorod, 88000, Ukraine. e-mail: shuaibov@i.ua
The discharge current dependences of the specific electrical power of the glow-discharge above the distilled water sur-
face, the cathode spot area and area of cross-section of positive column has been investigated. For currents up to
32 mA, the discharge exists in the form of a single homogeneous channel. When the current is increased to increase in
the cross-section of positive column to 22 mm2 was observed. The cathode spot area decreases from 14 (I = 10 mA) to
9.5 mm2 (I = 17-32 mA). At the current increasing from 12 to 32 mA the electric power of discharge was increased
linearly from 15 to 32 W. The maximum value of the average volumetric density of electric discharge power is achieved
at a current of 32 mA and consist of 0,35 W/mm3. Increasing of current from 12 to 16 mA give decreasing of discharge
volume from 73 to 65 mm3, and the current rise from 22 to 32 mA linearly increases discharge volume from 65 to
80 mm3. The maximum value of electron concentration was estimated in the cathode spot area and in positive column at
10-32 mА current. The electron concentration consists up to ne = 1013 cm-3 in the cathode spot. In positive column it
consists less then 2×1011 сm-3. References 11, figures 3.
Key words: concentration of electrons, glow-discharge, distilled water, specific electrical power of the glow-discharge,
the cathode spot area, area of cross-section of positive column.
1. Bozhko I.V., Charnyi D.V. A study on effectiveness of water purification from organic impurities by pulse discharges
// Tekhnichna Elektrodynamìka. – 2013. – No 3. – Pp. 81-86. (Rus)
2. Gaisin A.F., Abdullin I.Sh., Gaisin F.M. Jet-Stream Multichannel Discharge with Electrolytic Electrodes in Processes
of Solid State Treatment. – Kazan: Kazanskii Gosudarstvennyi Tekhnicheskii Universitet, 2006. – 446 р. (Rus)
3. Zhilinsky V.V., Drozdovich V.E., Ivanova N.P., Zhdanok S.A. Galvano-plasmic processes in sulfate- and iodide- containing
water media // Izvestiia Natsionalnoi Academii nauk Belarusi. Seriia Khimicheskikh Nauk. – 2010. – No 1. – Рp. 12-15. (Rus)
4. Мesarosh L.V. Physics processes in low-temperature laser plasma and gas discharge of aluminum, tin and air. PhD
degree applications thesis in physical and mathematical sciences degree of specialty 01.04.04 – Physical Electronics. –
Uzhhorod: SHES «Uzhhorodskii Natsionalnyi Universitet», 2013. – 173 p. (Ukr)
5. Mustafin T.V., Gaisin Al.F. Multichannel discharge between jet electrolyte cathode and solid anode // Teplofizika
Vysokikh Temperatur. – 2011. – Vol. 49. – No 4. – Рp. 615-619. (Rus)
6. Raizer Yu.P. Gas Discharge Physics. – Moskva: Nauka, 1992. – 536 p. (Rus)
7. Sirotkin N.A., Khlyustova A.V., Maksimov A.I. Numerical simulation of the gas phase composition in a glow discharge
with an electrolyte cathode // Elektronnaia Obrabotka Materialov. – 2014. – Vol. 50. – No 4. - Pp. 323-329.
8. Shuaibov A.K., Chuchman M.P., Mesarosh L.V. Characteristics of a glow discharge in atmospheric pressure air over
the water surface // Zhurnal Tekhnicheskoi Fiziki. – 2014. – Vol. 59. – No 6. – Рp. 847-851. (Rus)
9. Shuaibov A.K., Chuchman M.P., Kozak Ya.Yu. Electrical characteristics of glow discharge with electrolytic cathode
based on copper sulphate in the air // Uspekhi Prikladnoi Fiziki. – 2014. – Vol. 2. – No 1. – Рp. 41-44. (Rus)
10. Andre P., Barinov Yu., Faure C., Kaplan V., Lefort A., Skol,nik S., Vacher D. Experimental study of discharge with
liquid non-metallic (tap-water) electrodes in air at atmospheric pressure // Journal of Physics D: Applied Physics. –
2001. – Vol. 34. – No 24. – Pp. 3456-4365.
11. Bruggeman P., Leys C. Non-thermal plasmas in and in contact with liquids // Journal of Physics D: Applied Phys-
ics. – 2009. – Vol. 42. – 053001 (28 p).
Надійшла 20.11.2015
Остаточний варіант 04.02.2016
|