(三)
焊接电弧空间的正负带电粒子(正离子、负离子、电子),在一定条件下相遇而相互结合成
中性粒子的过程称为复合。
气体中正离子同
自由电子或负离子碰撞时俘获电子形成
中性原子或分子的过程。前者称为电子-离子复合,简称电子复合;后者称为离子-离子复合,简称离子复合。
复合是
电离的反过程,是气体中使带电粒子数减少的重要过程。气体中电离停止后,单位时间、单位体积内由于复合而消失的带电粒子数与正、负离子或电子的密度n+、n-成正比,
用αe、αi分别表示电子复合系数、离子复合系数。复合几率密切依赖于正、负带电粒子的相对速度。正、负离子的
相对速度小,它们有足够时间接近,发生复合的机会通常比电子与离子的要大得多,因而αi比αe要大得多,
数量级分别为10-6、10-8~10-10。
复合能的释放,如果以
光子形式发射出来,这种复合过程称为
辐射复合;如果转移给第三者(别的
原子、分子或电子),则称为三体复合。当存在第三者时,三体复合比辐射复合更为可能。因此,在低气压
放电管中,复合通常更多地发生在管壁上,而在高气压情况下,则更多地发生在气体体积内部。此外,当分子、离子同电子复合时,复合能还可能使分子
离解,称为离解复合。
正、负离子间的
相对速度与气压密切相关。在
低气压下,离子
平均自由程很长,相对速度高,即使相遇也不一定能发生复合。然而,英国物理学家J.J.汤姆孙提出,这时如果同附近一个中性
分子碰撞,则它们的相对速度将变慢而接近于热速度,离子电场将使它们有足够时间接近,复合便能发生。由此导出,αi与离子的平均自由程成反比,因而随气压增加而增大。在
高气压下,正、负离子要经过多次碰撞才能相遇,相对速度低于热速度,其值由它们相互的电场作用下的
迁移率决定,所以αi与迁移率成正比,因而随气压增加而减小,这是法国物理学家P.朗之万得到的结果。这两种理论都被实验所证实,αi的最大值出现在大约 1个大气压处。两个慢离子复合时释放的能量几乎等于形成正、负离子时吸收的总能量,即等于正离子的
电离能减去负离子的电子亲合势,它可能转移为
光子(
辐射复合),或转移给第三者(三体复合),也可能在电荷交换复合中成为
中性原子的激发能或
动能,不过成为动能的可能性很小。