Abstract
In a cascade arc chamber a stationary nitrogen plasma was produced at a pressure of 1 atm. In this plasma the integral material function, the E-I-characteristic, could be measured very exactly.
From this characteristic the transport coefficients of nitrogen — the electrical conductivity σ and the heat flux potentialS — were evaluated in dependence on the arc radiusr with the arc currentI as parameter. With these and by the help of the temperature distributions measured by Schade the transport coefficients dependent on temperatureT only were obtained. The thermal conductivity κ was found by differentiation of theS(T)-curve. The evaluation was only performed up to 13,000 °K because the radiation has been neglected in the calculation what is no longer allowed above 13,000 °K. At low currents the influence of the high field strength causes non-LTE increasing with rising field strength. This effect of non-LTE could be regarded qualitatively and quantitatively. As result the thermal and electrical conductivity ofN 2 from 5,000 °K to 13,000 °K were obtained. The consistence with former measurements and with theoretical calculations is very satisfying.
Zusammenfassung
Mit Hilfe einer Kaskadenbogenkammer wird bei Atmosphärendruck ein stationäres Stickstoffplasma erzeugt. An diesem Plasma kann die integrale Materialfunktion, dieE-I-Charakteristik, über einen weiten Strombereich sehr genau gemessen werden.
Die Messung erfolgt mit der in einer früheren Arbeit beschriebenen quasistatischen Methode4. Unter Anwendung des ebenfalls in dieser Arbeit beschriebenen Schleifeniterationsverfahrens lassen sich dann aus derE-I-Charakteristik die Transportkoeffizienten elektrische Leitfähigkeit σ und WärmestrompotentialS in Abhängigkeit vom Bogenradius mit dem StromI als Parameter bestimmen. Mit den von Schade6 gemessenen Temperaturverteilungen erhält man daraus die nur von der Temperatur abhängigen Transportkoeffizienten.
Bei kleinen Stromstärken macht sich zusehends der Einfluß der hohen Feldstärke bemerkbar, der zum thermischen Nichtgleichgewicht führt. Mit Hilfe der Energietransportgleichung für die Elektronen unter Berücksichtigung von unelastischen Stößen kann die Gastemperatur in Abhängigkeit von der Elektronentemperatur bei jeweils einer Stromstärke berechnet werden. Unter 8000 °K tragen wegen der geringen Elektronendichte näherungsweise nur die Gasatome zur Wärmeleitfähigkeit bei, d. h. das Wärmestrompotential\(S\left( {S = \mathop \smallint \limits_{T_0 }^T \kappa dT\prime } \right)\) und die Wärmeleitfähigkeit κ sind reine Funktionen der GastemperaturT g . Dies konnte durch die Rechnungen auch bestätigt werden. Bei Temperaturen, die größer sind als 13000 °K, nimmt beim Stickstoff der Anteil der Strahlung am Energietransport immer mehr zu. Da diese nicht berücksichtigt wurde, sind die Auswertungen also nur bis 13000 °K richtig und sinnvoll durchführbar. Das Ergebnis dieser Arbeit sind die Transportkoeffizienten des Stickstoffs — die elektrische Leitfähigkeit σ, das WärmestrompotentialS und die Wärmeleitfähigkeit κ — von 5000 bis 13000 °K.
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Herrn Prof. Dr. H. Maecker danke ich für die Anregung zu dieser Arbeit, für die Diskussionen über sie, sowie für das Interesse an ihrem Verlauf. Der Kommission für Elektronisches Rechnen der Bayerischen Akademie der Wissenschaften in München danke ich für die Bereitstellung von Rechenzeit für numerische Rechnungen. This research has been sponsored by theAerospace Research Laboratories through the European Office of Aerospace Research (OAR) United States Air Force under Contract F 61052 67 C 0081.
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Plantikow, U. Bestimmung von Transportkoeffizienten des Stickstoffs bis 13000 °K. Z. Physik 237, 388–402 (1970). https://doi.org/10.1007/BF01407636
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