Для исследования влияния таких параметров как (расстояние между электродами, мощность ЛИ, и приложенном напряжении к электродам) на электропроводность жидкостей было проведена серия экспериментов.
Эксперименты проводились при следующих значениях:
· расстояние между электродами 20, 40 мкм;
· в качестве вспомогательного газа использовался воздух. Изменение мощности ЛИ осуществлялось в диапазоне от 25 до 100 Вт;
· фокусировка ЛИ производилась на поверхности возле катода;
· изменение напряжения в диапазоне от 0 до 150 В.
· Нормальном давлении и t =20 C;
Полученные экспериментальные зависимости для трансформаторного масла приведены на рис.21. Мощность ЛИ составляла 60 Вт. Изменение мощности излучения не повлияло на электропроводность трансформаторного масла. Изменение межэлектродного зазора резко изменяет пробивные значения напряжения (V) и тока (I).
Зависимость вольт – амперной характеристики бидистиллированной воды от мощности ЛИ показана на рис.23. Экспериментально установлено, что увеличение мощности ЛИ приводит к уменьшению проводимости. Причиной ведущей к уменьшению проводимости, по всей видимости, следует считать испарение из межэлектродного зазора.
Проведена серия экспериментов для изучения вольт – амперной характеристики индустриального масла (ИД-20) от приложенного напряжения к электродам. Изменение мощности излучения не повлияло на электропроводность ИД-20.
Погрешность измерений рассчитана по методике из пункта 4.3. и составила 6.7% таков доверительный интервал на графиках.
Основной выводом проделанной экспериментальной части работы следует считать, что энергетических параметров нашего лазерного излучения (CO2-лазер, энергия кванта излучения-hn=0,117 эВ) недостаточно для реализации фотоэффекта в данных средах.
Поэтому для решения основной задачи работы целесообразнее использование:
· излучения с более короткой длиной волны менее 500 нм.
· применение фотохимических сред.
· лазерное излучение сверхкороткими импульсами (пикосекунды)
· диаметр фокусировки излучения 10 
Выводы по главе.5
1. Экспериментально исследовано влияние энергетических параметров лазерного излучения (интенсивность излучения) на физические параметры (электропроводность) исследуемых диэлектрических веществ: минеральных масел, бидистиллированной воды.
2. Проведены исследования влияния параметров ячейки (межэлектродный зазор, приложенное к электродам напряжение) на электропроводность минеральных масел и бидистиллированной воды, установлено, что изменение этих параметров существенно влияет на электропроводность вещества.
3. Результаты анализа полученных графиков выявили нецелесообразность использования данного типа излучения (CO2-лазер мощность до 100 Вт, энергия кванта излучения-hn=0,117 эВ, ) для реализации фотоэффекта в данных средах. Поэтому для решения основной задачи работы целесообразнее использование: излучения с более короткой длиной волны менее 500 нм., применение фотохимических сред, лазерное излучение сверхкороткими импульсами (пикосекунды), диаметр фокусировки излучения 10
Рисунок.21. Зависимость вольт – амперной характеристики трансформаторного масла от приложенного напряжения к электродам.
1 – без воздействия ЛИ, 2 – с воздействием ЛИ.
Рисунок.22. Зависимость вольт – амперной характеристики бидистиллированной воды от приложенного напряжения к электродам.
1 – без воздействия ЛИ, 2 – с воздействием ЛИ.
Рисунок.23. Зависимость вольт – амперной характеристики бидистиллированной воды от мощности ЛИ
Рисунок.24. Зависимость вольт – амперной характеристики индустриального масла (ИД-20) от приложенного напряжения к электродам. 1 – без воздействия ЛИ, 2 – с воздействием ЛИ.
Общие выводы
1. Анализ литературных источников показал, что существующие работы, посвященные пробою жидкостей, не имеют полной теории пробоя жидкостей. Основные электрические свойства жидкостей, по-видимому, определяются «ближним порядком», т.е. характером взаимодействия молекул с ближайшими соседями, как это имеет место у полупроводников.
2. Несмотря на трудности связанные с отсутствием полной теории пробоя жидкостей, были установлены закономерности пробоя. Основными процессами электрического пробоя жидкости в начальной стадии являются многофотонная ионизация каскадная, или лавинная ионизация. Первые электроны появляются благодаря зависящему от частоты туннельному эффекту, на высоких частотах туннельный механизм эквивалентен многофотонной ионизации.
3. Установлено, что пробой с помощью лазерного излучения можно получить, используя фотохимические вещества либо за счет нелинейной ионизации вещества.
4. Установлено, что основными параметрами, влияющими на характер взаимодействия лазерного излучения с веществом, являются:
· потенциал ионизации вещества;
· интенсивность лазерного излучения.
5. Проведен анализ физических процессов в области воздействия лазерного излучения на вещество, который выявил последовательность этих процессов и показал возможность получения пробоя воздействием лазерного излучения на вещество.
6. Разработана методика расчета параметров пробоя: напряженность поля (Е), размеры области фокусировки лазерного излучения (V), расчет плотности мощности излучения и т.д. и математическая модель для расчета необходимых условий для возникновения пробоя в зоне воздействия лазерного излучения.
7. Рассмотрена вероятность туннельного механизма ионизации когда параметр адиабатичности много меньше единицы, точнее, 
и получена вероятность ионизации вещества при заданных параметрах лазерного излучения: интенсивность излучения, напряженность поля, потенциал ионизации вещества.
8. Проведен расчет параметров пробоя: напряженность поля (Е), размеры области фокусировки лазерного излучения (V), расчет плотности мощности излучения и т. д.
9. Разработана и сконструирована экспериментальная установка для проведения экспериментов по исследованию влияния лазерного излучения на электропроводность диэлектрических жидкостей.
10. Разработана система электропитания данной установки, которая обеспечивает заданные требования по напряжению и силе тока (т.е. величин влияющих на характер эрозионных процессов).
11. Определен тип исследуемых диэлектрических жидкостей, которые будут использованы в эксперименте. Основным критерием выбора типа жидкости было: использование в традиционных методах электроэрозионной обработки материалов, возможность использования исследуемой жидкости в нашей установке.
12. Создана методика эксперимента для исследования влияния следующих параметров на электропроводность диэлектрических жидкостей:
· Расстоянием между электродами;
· Падением напряжения на электродах;
· Мощностью лазерного излучения.
13. Экспериментально исследовано влияние энергетических параметров лазерного излучения (интенсивность излучения) на физические параметры (электропроводность) исследуемых диэлектрических веществ: минеральных масел, бидистиллированной воды.
14. Проведены исследования влияния параметров ячейки (межэлектродный зазор, приложенное к электродам напряжение) на электропроводность минеральных масел и бидистиллированной воды, установлено, что изменение этих параметров существенно влияет на электропроводность вещества.
15. Результаты анализа полученных графиков выявили нецелесообразность использования данного типа излучения (CO2-лазер мощность до 100 Вт, энергия кванта излучения-hn=0,117 эВ,) для реализации фотоэффекта в данных средах. Поэтому для решения основной задачи работы целесообразнее использование: излучения с более короткой длиной волны менее 500 нм., применение фотохимических сред, лазерное излучение сверхкороткими импульсами (пикосекунды), диаметр фокусировки излучения 10 
.
Список используемой литературы
1. Делоне Н.Б. Взаимодействие лазерного излучения с веществом. М: Наука, 1989.-373 c.
2. Делоне Н.Б. Крайнов В.П. Нелинейная ионизация атомов лазерным излучением – М: Физматлит, 2001.-421 c.
3. Бломберг Н. Электрический пробой под действием лазерного излучения // Квантовая электроника. 1974.- № 4.-С.786-805.
4. Райзер Ю.П. Пробой газов под действием лазерного излучения // Соросовский образовательный журнал. 1998.- № 1.-С.89-94.
5. Бункин Н.Ф., Лобеев А.В. Бабстонно-кластерная структура при оптическом пробое жидкости // Квантовая электроника.1994.-T.21.- № 4.-С.319-323.
6. Бункин Ф.В., Трибельский М.И. Нерезонансное взаимодействие мощного оптического излучения с жидкостью//Успехи физических наук.-1980.- Т.130.-№2.-С.193-239.
7. Зон Б.А. Взаимодействие лазерного излучения с атомами // Соросовский образовательный журнал. 1998.- № 1.-С.84-88.
8. Балыгин И.Е. Электрическая прочность жидких диэлектриков. М., ”Энергия”, 1964.-228 c.
9. Репеев Ю.А. Двухфотонное поглощение в плавленом кварце и воде на длине волны 212.8 нм. // Квантовая электроника.1994.- T.21.- № 4.- С.962-964.
10. Григорьянц А.Г. Основы лазерной обработки материалов. – М.: Машиностроение, 1989.-304 c.
11. Козлов Г.И., Кузнецов В.А. Многолучевой непрерывный газоразрядный СО2 - лазер «Иглан-3» //Квантовая электроника.-1986.-Т.12.-№3.- С. 553-558.
12. Абильсиитов Г.А., Велихов Е.П., Голубев В.С. и др. Мощные газоразрядные лазеры и их применение в тёхнологии. - М.: Наука, 1984.-106 c.
13. Антюхов В.В., Бондаренко А.И., Глова А.Ф.и др. Мощный многолучевой СО2 - лазер, возбуждаемый разрядом переменного тока//Квантовая электроника.-1981.-Т.8.-№10.- С. 2234-2237.
14. Базелян Э.М. Райзер Ю.П. Искровой разряд. - МФТИ, 1997.- 475 c.
15. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике. - М.: Наука, 1973.-832 c.
16. П.П. Напартович Справочник по лазерной технике. – М.: Наука, 1992.- 573 c.
17. Трибельский М.И. О форме поверхности жидкой фазы при плавлении сильнопоглощающих сред лазерным излучением//Квантовая электроника.-1978.-Т.5.-№4.-С. 804-812.
18. Гайдуков А.Н. Процессы лазерной обработки анизотропных гетерогенных материалов: Дис. …к-та тех. наук./ ТулГУ. Тула, 2002 .-132 с.
Приложения
Приложение А
Схема лавинного размножения электронов во времени
Приложение Б
Приложение В
Механизм пробоя жидких диэлектриков включает 3 основных процесса
1. электронная эмиссия катода;
2. ударную ионизацию;
3. взаимодействие электронов с частицами среды.
4.
,
где А и В - постоянные
Приложение Г
Показан механизм образования бабстоных (бабстон-устойчивый микропузырек газа) кластеров.
Приложение Д.
Профиль интенсивности света (1) и плотности плазмы (2) в световой нити (3-виртуальное изменение диаметра). Плотность электронов в плазме очень резко зависит от радиуса нити.
Приложение Е
Схема образования потенциального барьера в постоянном внешнем поле Еconst ; U(r) – потенциал квантовой системы в отсутствие внешнего поля.
Приложение Ж
Возможные механизмы ионизации, зависимость их от интенсивности излучения(F), потенциала ионизации и частоты.
Дата: 2019-05-29, просмотров: 190.
