6.2 Mobilité, diffusion, ionisation
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croissance du courant, les deux processus de Townsend a et g, identifiés au chapitre quatre (4.38, 4.41), sont alors responsables d’une croissance exponentielle
du courant I en fonction de la tension U .
• Cette production massive d’ions et d’électrons par accélération électrique et
impact sur les atomes de gaz, atteint ensuite un seuil car les effets de charges
d’espace et d’écrantage étudiés au chapitre trois deviennent dominant, c’est la
zone B, électriquement instable, donc représentée par une bande sombre, le
phénomène observé est appelé transition de la décharge sombre de Townsend
vers la décharge luminescente.
• En effet, la zone C présente les caractéristiques d’une décharge haute tension
bas courant et se singularise par une forte émissivité dans les domaines optique
et ultra-violet, ainsi est définie la décharge luminescente ou glow, sa structure
spatiale est complexe et ses applications multiples.
• Enfin, une transition vers l’arc électrique est observée pour les fort courants, c’est
la zone D ; l’arc est une décharge électrique basse tension fort courant (E).
La transition glow-arc trouve sont origine dans les phénomènes thermiques, au
niveau de la cathode où l’émission thermoionique prend le relais de l’émission
secondaire et une tendance à l’équilibre thermodynamique entre le gaz neutre et
le plasma apparaît. Les applications de la décharge d’arc sont aussi nombreuses et
variées.
Il n’existe pas de modèle global décrivant analytiquement cette caractéristique universelle, nous allons construire des modèles fluides et présenter un ensemble de résultat relatif à la partie A de cette caractéristique.
Nous allons étudier une hiérarchie de modèles de décharges électriques de complexité croissante (a = 0 & g = 0 puis a = 0 & g = 0 et a = 0 & g = 0) ;
dans les trois modèles décrits et analysés le champ électrique appliqué sera supposé tel que la chute de potentiel typique soit plus grande que l’énergie d’agitation
thermique : qfkT → mf/LD/L → −mE D∇n/n ; nous négligerons donc
les processus de diffusion et les courants électroniques (−) et ioniques (+) seront
essentiellement des courants de conduction. Le champ et la mobilité étant supposés
constants l’inconnue sera la distribution spatiale de ces courants électronique J − (x)
et ionique J + (x) dans le plasma. Pour déterminer ces deux inconnues nous utiliserons deux équations du type (2.10) : ∇·J ± = S ± (r, t), traduisant le bilan de charges
en régime stationnaire compte tenu de l’ionisation.
Soit une décharge électrique constituée d’un système de deux électrodes sous
tension, une cathode située en x = 0 et une anode située en x = d (Figure
6.6). Un processus d’ionisation, la photoionisation induite par un rayonnement
ultra-violet par exemple, génère entre ces deux électrodes, de façon uniforme dans
l’espace et continue dans le temps, une densité volumique de charges électroniques
par unité de temps : S − = −J e /d (
C·m
−3
·s
−1
, coulombs par métre cube et
par seconde) et une densité volumique de charges ioniques par unité de temps :
© Dunod – La photocopie non autorisée est un délit
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croissance du courant, les deux processus de Townsend a et g, identifiés au chapitre quatre (4.38, 4.41), sont alors responsables d’une croissance exponentielle
du courant I en fonction de la tension U .
• Cette production massive d’ions et d’électrons par accélération électrique et
impact sur les atomes de gaz, atteint ensuite un seuil car les effets de charges
d’espace et d’écrantage étudiés au chapitre trois deviennent dominant, c’est la
zone B, électriquement instable, donc représentée par une bande sombre, le
phénomène observé est appelé transition de la décharge sombre de Townsend
vers la décharge luminescente.
• En effet, la zone C présente les caractéristiques d’une décharge haute tension
bas courant et se singularise par une forte émissivité dans les domaines optique
et ultra-violet, ainsi est définie la décharge luminescente ou glow, sa structure
spatiale est complexe et ses applications multiples.
• Enfin, une transition vers l’arc électrique est observée pour les fort courants, c’est
la zone D ; l’arc est une décharge électrique basse tension fort courant (E).
La transition glow-arc trouve sont origine dans les phénomènes thermiques, au
niveau de la cathode où l’émission thermoionique prend le relais de l’émission
secondaire et une tendance à l’équilibre thermodynamique entre le gaz neutre et
le plasma apparaît. Les applications de la décharge d’arc sont aussi nombreuses et
variées.
Il n’existe pas de modèle global décrivant analytiquement cette caractéristique universelle, nous allons construire des modèles fluides et présenter un ensemble de résultat relatif à la partie A de cette caractéristique.
Nous allons étudier une hiérarchie de modèles de décharges électriques de complexité croissante (a = 0 & g = 0 puis a = 0 & g = 0 et a = 0 & g = 0) ;
dans les trois modèles décrits et analysés le champ électrique appliqué sera supposé tel que la chute de potentiel typique soit plus grande que l’énergie d’agitation
thermique : qfkT → mf/LD/L → −mE D∇n/n ; nous négligerons donc
les processus de diffusion et les courants électroniques (−) et ioniques (+) seront
essentiellement des courants de conduction. Le champ et la mobilité étant supposés
constants l’inconnue sera la distribution spatiale de ces courants électronique J − (x)
et ionique J + (x) dans le plasma. Pour déterminer ces deux inconnues nous utiliserons deux équations du type (2.10) : ∇·J ± = S ± (r, t), traduisant le bilan de charges
en régime stationnaire compte tenu de l’ionisation.
Soit une décharge électrique constituée d’un système de deux électrodes sous
tension, une cathode située en x = 0 et une anode située en x = d (Figure
6.6). Un processus d’ionisation, la photoionisation induite par un rayonnement
ultra-violet par exemple, génère entre ces deux électrodes, de façon uniforme dans
l’espace et continue dans le temps, une densité volumique de charges électroniques
par unité de temps : S − = −J e /d (
C·m
−3
·s
−1
, coulombs par métre cube et
par seconde) et une densité volumique de charges ioniques par unité de temps :
© Dunod – La photocopie non autorisée est un délit