气体放电发光与照明

气体放电发光现象在科学和工农业生产中应用非常广阔。进一步了解各种气体和蒸汽放电发光的规律及其随参量的变化,无论对光谱分析、照明工程等科学技术领域都具有广泛的实践意义。本文简单介绍放电发光的原理;分析了发光光谱的规律和强度;并简述汞和惰性气体在不同压强和电流密度下的放电光谱变化以及用于照明的意义;最后简要介绍几种新型的气体放电光源。     

气体激光器辉光放电及弧光放电的观测

常见的霓虹灯管是最普通的放电管,它那鲜艳的红光是管中氖原子受到电子碰撞激发后所发射的。日常用的日光灯,实际上是汞蒸汽的辉光放电管。He-Ne激光器、CO_2激光器等也都是辉光放电,氩离子激光器虽然是弧光放电,但气压小的弧光则是从辉光放电过渡到大电流密度放电时形成的。工业     

大气压氩直流微放电光谱研究

微空心阴极放电或微放电是一种能够实现高气压下放电的有效方法。利用不锈钢空心针作阴极,不锈钢网作阳极,进行了大气压氩直流微放电实验研究。测量了大气压氩微放电光谱,发现氩气的发 射谱线主要集中在690～860 nm范围,且全部为氩原子4p—4s的跃迁。实验研究了不同放电电流、气体压强、气体流量与谱线强度之间的关系,发现谱线强度随放电电流、气体流量增加均增加,而谱线强 度随压强变化呈现不同特征：谱线强度随压强的增加先增加后降低,在13.3 kPa时强度最大。此外,选用跃迁波长为763.51和772.42 nm的两条光谱线,利用发射谱线强度比值法测量了氩气微放电等离子 体的电子激发温度。结果显示,其电子激发温度处于2 000～2 800 K之间,且随放电电流的增加而增加,随气体压强和气体流量的增加而降低。     

自加热式铜蒸气激光器的热气体透镜研究

本文分析了自加热式铜蒸气激光器放电管内的热气体透镜效应,并指出不同的铜蒸气激光器在稳定工作时可能等效为正透镜,也可能等效为负透镜。在实验部分,本文给出了热气体透镜焦距与输入功率、缓冲气体压强的关系,描绘了热气体透镜从负透镜变化到正透镜的动态过程。     

气体放电等离子体参数测量仪的优化和改进

气体放电等离子体参数的研究实验是近代物理实验教学大纲基本要求的实验,该实验仪器存在很多问题,如放电不稳定,无法准确读取实验数据,复杂的数据处理过程等。对气体放电等离子体参数测量仪进行改造,制备封闭的稳定的放电管,改进测量电路,对仪器外观重新优化设计。从而改善实验测量的精度与准确度,提高实验效率,并能拓展实验内容。     

典型放电气体的击穿场强阈值研究

为了研究等离子体产生时的气体击穿特性,利用低气压条件下气体击穿场强阈值模型,分析了He、Ne、Ar、Kr、Xe和Hg蒸汽等6种典型放电气体的击穿阈值随入射波频率、电子温度、气体压强以及气体温度的变化规律。结果表明:气体击穿阈值随气体压强的增大而减小,随气体温度、电子温度和入射脉冲频率的增大而增大。气体压强和入射频率对击穿阈值的影响大于气体温度和电子温度,在所考虑的范围内,气体压强对击穿场强的影响约为100 V/m,入射脉冲频率对击穿场强的影响为50~300 V/m,气体温度和电子温度对击穿场强的影响为20~30 V/m。当考虑气体压强、气体温度以及电子温度等因素的影响时,各种气体的击穿场强阈值产生的变化规律相类似;但考虑入射频率的影响时,不同气体的击穿场强阈值差异很大。在所考虑的典型放电气体中,Xe具有最低的击穿场强阈值,He的击穿阈值最大。     

氮气交流放电光谱强度和电压及气压的关系

利用浓度调制光谱技术,测量了玻璃管中放电频率20 kHz时N2的介质阻挡放电光谱.实验记录了N2的C3∏u-Bb∏g357.7nm和B2∑ u-X2 g391.4 nm的跃迁谱线光谱强度随小同电压和气体压强变化规律.实验数据显示,保持气体压强p=130 Pa不变,在电压较低时,光谱强度随电压增长较快,在电压较高时,光谱强度增长较慢;保持放电电压U=6.4 kV不变,光谱强度随气压增长逐渐变小.根据电子和分子碰撞激发函数和电离函数,建立光强随放电参数变化的物理理论模型和公式,并对实验数据进行数学拟合,拟合曲线与实验结果符合较好,相关系数R>0.9.进一步明确了等离子体发射光谱强度随不同电压和气体压强变化的机理.     

隔环结构的Ne H2 CuBr激光放电管气体温度径向分布

针对溴化亚铜激光器中放电管径向温度不均匀现象，在工程设计中同时采用隔环结构放电管设计方案和溴化亚铜激光放电管充氢方案。对隔环结构及隔环结构同时充氢的CuBr激光放电管温度场进行了分析。利用简化的热流耗散泊松方程，给出了激光放电管内温度场分布的数学模型，获得了激光放电管气体温度场径向分布的解析表达式，明确了温度分布与输入电功率及缓冲气体热传导系数之间的关系，得到了与实验一致的结果，为该类激光器的实用化提供了理论分析依据。     

LaB6在低压强氮气和氦气中的放电特性

研究了LaB6在1~10 Pa氮气和氦气中的直流和脉冲放电特性以及放电过程对电极的影响。结果表明，电极直径为5 mm的LaB6氦气放电管在脉冲工作状态下可以长期稳定放电。在脉冲电压为2.2 kV、脉冲宽度10 ms、频率13.3 Hz下，脉冲峰值放电电流超过120 A。氦气放电管在放电过程中，阴极表面有离子的清洗和活化作用，可以使电极的表面逸出功降低，提高放电管的发射能力和稳定性。LaB6作为气体放电电极具有寿命长、延迟时间短、放电电流大等优点，可用于重复强流脉冲气体放电的高压高速开关器件。     

“气体压强的产生”模拟演示器

司南版教材中"模拟气压的产生"演示实验所需的实验装备在中学尚未普及,为解决这一问题,形象生动地演示该实验,利用日常易得的物品制作了"气体压强的产生"模拟演示器,详细介绍了该演示器的制作与演示方法.     

液体压强演示实验仪器的改进

图1所示是探究液体压强规律的演示器材,用于演示： （1）液体内部向各个方向都有压强; （2）同一深度液体向各个方向的压强相等; （3）液体压强随深度的增加而增大． 但在使用过程中,由于玻璃筒各端口都用橡皮膜封住,无法与外界大气压相通．当将实验器材置于水槽中时,玻璃筒内的密闭气体由于橡皮膜向内凹陷而被压缩,导致内部气体压强增大,影响橡皮膜向内凹陷的程度,从而影响了实验的直观效果．     

LaB6在低压强氮气和氦气中的放电特性

 研究了LaB₆在1~10 Pa氮气和氦气中的直流和脉冲放电特性以及放电过程对电极的影响。结果表明，电极直径为5 mm的LaB6氦气放电管在脉冲工作状态下可以长期稳定放电。在脉冲电压为2.2 kV、脉冲宽度10 ms、频率13.3 Hz下，脉冲峰值放电电流超过120 A。氦气放电管在放电过程中，阴极表面有离子的清洗和活化作用，可以使电极的表面逸出功降低，提高放电管的发射能力和稳定性。LaB₆作为气体放电电极具有寿命长、延迟时间短、放电电流大等优点，可用于重复强流脉冲气体放电的高压高速开关器件。     

"气体的压强"演示实验的简易做法

“在玻璃罩内放一个充气不多的气球（图1）,球皮是否受到球内气体的压强？用抽气机把玻璃罩内的空气抽去,抽气的过程中会看到什么现象？”这是人教版普通高中课程标准实验教科书《物理·选修1—2》（2004年12月第1版）“气体”一节里的演示实验．全日制普通高级中学教科书（必修加选修）《物理》第二册,在“气体的压强”一节里也有此演示实验．在抽气的过程中可看到气球不断地膨胀,这说明球内的气体确实对球皮具有由内向外的压强．     

脉冲气体放电管特性测量实验

用TDS210型存贮示波器测量了脉冲气体放电管(闪光灯)的放电特性，同时用PIN型硅光电池测量脉冲光的波形，测量了它们之间的延迟，并计算了脉冲气体放电管的动态电阻，讨论了放电过程从触发到结束的物理图象．     

用于四波混频实验的同心热管炉设计

使用金属蒸汽做四波混频实验时,为满足位相匹配要求,通常混入一定数量的缓冲气体[1].使用普通热管炉可以达到此目的,即控制炉温,使金属蒸汽的分压小于所充的缓冲气体的压强.这样在加热区中可形成金属蒸汽与惰性气体的混合.但此时热管炉工作在非热管工作状态,加热电功率的波动会导致炉温的波动,从而引起金属蒸汽分压以及此区域中缓冲气体分压的相应波动(加热区中金属蒸汽分压与缓冲气体分压之和等于非加热区缓冲气体的压强)[2].实际上,加热电功率总是在一定范围内变化,因而系统中无法保持金属蒸汽分压与缓冲气体分压间的固定比例,这对于要求…     

验证玻意耳定律的一种实验方法

在中学物理研究气体的性质时,通过演示实验得出了玻意耳定律,即"一定质量的气体,在温度不变的情况下,它的压强跟体积的乘积保持不变."本文介绍一种验证玻意耳定律的实验方法.这种方法简便易行,既可以做演示实验,又可以成为学生实验,并且有很强的趣味性.     

“气体压强与流速关系”实验改进

关于气体压强与流速关系,目前已有成形的实验资源。本文对现有实验资源进行分析,并从实验对象的角度进行了论述、判别和改进,将气体压强转换为可视性较强的液体压强,同时突破性地实现了研究同一时刻、不同位置的流动气体,并探究气体压强与流速的关系。     

用电子管做等离子体诊断实验

用电子管代替气体放电管做等离子体诊断实验,分别使用X-Y自动记录仪和万用表进行测量,计算得出等离子体参量,并与使用放电管得出的等离子参量做比较,证明了用电子管代替气体放电管的可行性.     

关注学生核心素养 体验创新科学实验——以“流体压强”实验改进为例

以初中物理“流体压强”为例,利用改进的“液体压强与流速演示器”“气体压强与流速演示器”以及“探究飞机升力演示仪”呈现更加鲜明的实验现象,同时结合自制“流速演示仪”从直观现象入手,打破了以往教学的局限性,让学生亲历探究过程,体验有利于培养核心素养的创新科学实验,有效地落实了国家提出的核心素养发展要求.     

百瓦级铜蒸汽激光器的热设计

通过对百瓦级铜蒸汽激光器电管内气体温度的分析计算，给出百瓦级器件的为防止“黑心”现象输入功率密度的最佳值，分析计算了在此输入功率密度下，为达到最佳工作温度所需的保温层厚度，理论计算和实验结果吻合较好，从而建立了一套确定放电管内气体温度，保温层厚度的方法。