Исследование физических явлений в диэлектрических жидкостях инициируемых лазерным излучением (стр. 8 из 9)
3. В идеально прозрачных материалах порог разрушения часто определяется явлением самофокусировки. Примером могут служить хорошо известные характерные нитевидные следы разрушений в оптических стеклах. Хотя в области самофокусировки и могут иметь место электрический пробой и лавинная ионизация, порог, наблюдаемый в таких случаях, определяется скорее критической мощностью самофокусировки, нежели пороговой плотностью мощности электрического пробоя. При количественных исследованиях пробоя необходимо избегать не только самофокусировки, но и малейшей деформации лазерного луча из-за изменения коэффициента преломления, зависящего от интенсивности излучения.
4.4 Методика расчета погрешностей измерений
, где 
, 
, 
;n- кол- во измерений,
-средняя арифметическое, 
- значение i – измерения.4.5 Выводы по главе 4
1. Разработана и сконструирована экспериментальная установка для проведения экспериментов по исследованию влияния лазерного излучения на электропроводность диэлектрических жидкостей.
2. Разработана система электропитания данной установки, которая обеспечивает заданные требования по напряжению и силе тока (т.е. величин влияющих на характер эрозионных процессов).
4. 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.
3. Создана методика эксперимента для исследования влияния следующих параметров на электропроводность диэлектрических жидкостей:
· Расстоянием между электродами;
· Падением напряжения на электродах;
· Мощностью ЛИ.
5 Результаты исследований их обсуждение
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 нашеголазерного 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
5.1 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.