Glimmentladung

Aus Mhfe-wiki
Wechseln zu: Navigation, Suche

Glimmentladung

Quelle: Webpage der Deutschen Physikalischen Gesellschaft DPG www.dpg-physik.de

Es kommt zu einer Glimmentladung, wenn eine Gleichspannung an zwei Elektroden (Anode und Kathode) in einem Gefäß mit Gas bei einigen 100 Pa (10-3 bar) Druck angelegt wird. Freie Elektronen, die in dem Gas oder an der Kathode beispielsweise durch Höhenstrahlung erzeugt werden, werden in dem elektrischen Feld zu der Anode beschleunigt. Dabei kommt es zu zahlreichen Stößen mit dem Neutralgas, in denen die Elektronen einen Teil ihrer Bewegungsenergie an das Neutralgas verlieren. Bei ausreichender Bewegungsenergie kann bei diesen Stößen das Gas auch ionisiert werden (Stoßionisation). Dabei entstehen weitere, freie Elektronen, so dass es bei genügend großer elektrischer Feldstärke zu einem Lawineneffekt kommt. Gleichzeitig werden die entstandenen Ionen auf die Kathode hin beschleunigt, die bei ihrem Aufprall Elektronen auslösen (sekundäre Emission). Dadurch entsteht ein schnell anwachsender elektrischer Strom in der Entladungsröhre und die durch Elektronenstöße angeregten Gasatome senden elektromagnetische Strahlung im sichtbaren Bereich aus. Wenn nicht von außen durch Vorschalten eines Widerstandes so wird der Strom schließlich dadurch begrenzt, dass sich die Ionen vor der Anode in einem Bereich anhäufen (positive Säule), der sich bis kurz vor die Kathode ausdehnt. Die von außen angelegte Spannung wirkt dann nur in einem kleinen Bereich vor der Kathode (Kathodenfall) und das elektrische Feld ist entsprechend stärker verglichen zum Einschaltzeitpunkt. Dadurch wird die Plasmaproduktion eingeschränkt, bis sich ein Gleichgewicht ausbildet hat.

Mit zunehmendem Strom in einer Glimmentladung erhitzt sich die Kathode. Bei genügend hoher Temperatur wird die thermische Elektronenemission größer als die nicht sehr effektive sekundäre Elektronenemission. Man spricht dann von einer Bogenentladung. Diese Entladung kann bei Drücken im Bereich einer Glimmentladung betrieben werden oder auch bei Atmosphärendruck bis zu einigen bar Überdruck (Hochdruck-Bogenentladung). Die erforderliche Kathodenheizung ergibt sich dabei einfach aus einer hohen Stromdichte, wie sie sich durch den kurzzeitigen Kontakt der beiden Elektroden (z.B. beim Kohlebogen) oder durch eine Funkenentladung initiieren lässt.