атома, и сечение соударения может увеличиться в 100—120 раз по сравнению с газокинетической моделью. Это сечение — сечение Рамзауера, по имени исследователя, много работавшего над этим вопросом,— хотя и может быть вычислено методами волновой механики, но обычно определяется лишь опытным путем. Есть и другие обстоятельства, недостаточно учитываемые моделью из твердых шаров. Поэтому практически подсчеты ведут по таблицам, составленным с учетом опытных данных.

Газокинетическое сечение соударения определяет и среднюю длину свободного пробега частицы между двумя соударениями. На основании элементарных рассуждений можно написать

где Х8 — длина пробега;

п — число частиц в 1 сма. Или, учитывая, что р — ЫТ, можно написать

Х. = £.(Ш.13)

откуда видно, что длина пробега обратно пропорциональна плотности газа.

Например, в азоте при нормальных условиях средняя длина свободного пробега составляет — 6 • 10"~в см, т. е. — 600 атомных диаметров. При давлении р = 10~виш рт. ст. длина составит около 45 м, т. е. в вакуумированном сосуде можно принимать во внимание только соударения со стенками, соударения частиц будут весьма редки.

В табл. 6 приведены значения Я8 при 0° С и 760 мм рт. ст., а также эффективные диаметры молекул для некоторых газов.

Длины свободных пробегов при 0°С, 760 мм рт. ст. и эффективные диаметры молекул некоторых газов

Разделив среднюю скорость молекулы на /ч, получим число столкновений в секунду. Для кислорода скорость составляет 500 м/сек. Разделив ее на л8 = 0,63 • Ю-7 м, получим — 8 • 10е столкновений в секунду. Число столкновений изменяется пропорционально давлению.

При соударениях меняется направление движения частиц и происходит обмен энергией, стремящийся свести уровень энергии частиц

к общему уровню. Наибольшее значение имеют соударения электронов наиболее быстрых и подвижных частиц, получающих энергию непосредственно от электрического поля. Естественно, что электроны, проходящие наибольший путь, производят и наибольшее число соударений. Соударения могут быть упругими и неупругими. Упругие соударения не производят никаких изменений .в частицах и лишь меняют скорость их движения. Количество энергии, передаваемой при упругом соударении, незначительно. По законам механики это количество не может превышать доли, равной где т — масса электрона, М — масса молекулы. Например, при упругом соударении электрона с атомом железа максимальная доля переданной энергии не может превысить

2.091 . 1П~зо _1

:Я$2 • Ю-6:

56 - 1,66 - Ю-»7'--50 000-

Неупругие соударения помимо передачи сразу больших количеств энергии изменяют строение частиц. При каждом соударении неизбежно происходит возбуждение атома или молекулы с переброской электрона на более удаленные от ядра орбиты с более высоким уровнем энергии. Спонтанно возвращаясь к нормальному состоянию, частицы излучают энергию, полученную при возбуждении. Поэтому плазма дуги ослепительно ярко светится, и это свечение — один из наиболее наглядных признаков Дуги.

Соударения частиц повышают и температуру плазмы. В сварочных дугах при давлениях газа, близких к атмосферному, температура дуги может составить в разных случаях 4500—50 ООО °С. При таких температурах молекулы химических соединений диссоциируют, распадаясь на отдельные атомы, все вещества испаряются и пребывают в газообразном состоянии. Повышение температуры газа означает увеличение скорости и энергии составляющих его частиц. Кинетическая энергия частицы ек = 3/2 ЫТ. При достаточно высоких температурах энергия частиц становится настолько большой, что они производят неупругие соударения, вызывающие возбуждение и ионизацию атомов. Ионизация, происходящая за счет высо-.кой температуры газа, называется термической ионизацией. Уже .нагрев на 1000 °С создает заметную ионизацию, 6000 °С значительно -ионизируют любой газ.

В обычном дуговом разряде термическая ионизация занимает основное место. В результате плазма состоит из трех различных компонентов: нейтрального, ионного и электронного газов. Эти компо-.ненты могут иметь различающиеся температуры: Тё, 7",- и Те. Газы нейтральный и ионный ввиду приблизительно одинаковых размеров : частиц практически имеют одну и ту же температуру. Плазма, в которой Т& =?= Т(= Те = 7\ называется изотермической, или равно-сеснсй. Получению изотермической плазмы способствуют повышение давления газа и силы тока. В обычной сварочной дуге, горящей .при атмосферном давлении, плазму можно считать изотермической.