2.4.3. Эффективный потенциал ионизации

Так как дуговой разряд существует обычно не в однородном газе, а в смеси газов и паров, находящихся при высокой темпе­ратуре, то необходимо знать эффективный потенциал ионизации U_эф. Практика показывает, что в смеси газов в большей степени ионизируется газ с наименьшим потенциалом ионизации U_i. Рас­чет эффективного потенциала U_эф термической ионизации смеси был выполнен В.В. Фроловым.

Под эффективным потенциалом ионизации U_эф смеси газов, обладающей степенью ионизации χ_эф следует понимать потенци­ал ионизации некоторого однородного газа, в котором (при темпе­ратуре и общем давлении смеси) число заряженных частиц такое же, как и в газовой смеси:

(2.52)

где n_i - концентрация i-го газа в смеси; U_i - потенциал ионизации i-го газа в смеси k газов; T- температура, К.

Пример2.4. Рассчитать U_эф в зависимости от концентрации газовой смеси из паров калия и железа: U_k = 4,32 В; U _Fe = 7,83 В.

Решение. Предположим, что Т - 5800 К.

Тогда U_Fe = -1 • ln(n_K ^1/2e^-4,32 + n_Fe ^1/2e^-7,83).

Результаты расчета приведены в виде гра­фика на рис. 2.18.

С понижением температуры плаз­мы еще больше возрастает влияние компонента с наиболее низким потен­циалом ионизации U_i на общее значение U_эф. Следовательно, сравнительно небольших добавок иони­заторов достаточно для обеспечения стабильности горения дуги при сварке под флюсом или штучными электродами с покрытием.