为什么直流放电法可以产生等离子体？
通常指低频放电，在气压和电流范围不同时，由于气体中电子数、碰撞频率、粒子扩散和热量传递速度不同，会出现暗电流区、辉光放电区和弧光放电区（图 1）。电流的大小是根据电源负载特性曲线（图 1）中两条相应于电阻R1、R2的下降直线和放电特性曲线的交点(工作点A、B、C)确定的。
①暗电流区 电子在电场加速的情况下，获得足够能量，通过与中性分子碰撞，新产生的电子数迅速增加，电流增大到10～10-安时，在阳极附近才出现很薄的发光层。
②辉光放电区 电流再增大（10～10安）时，在较低的气压条件下，阴极受到快速离子的轰击而发射电子，这些电子在电场作用下向阳极方向加速运动。阴极附近有一个电位差很大的阴极位降区。电极之间的中间部分是电位梯度不很大的正柱区，其中的介质是非平衡等离子体。正柱区的电子和离子以同一速度向壁面扩散，并在壁面复合，放出能量(这是没有气体对流时的情况)。经典理论中电子密度在横截面上的分布是贝塞耳函数的形式。在阳极附近有一个几毫米厚的阳极位降区，其中的电位差与气体电离电位的数值大致相等。
③弧光放电区 当电流超过 10安且气体压力也较高时，正柱区产生的焦耳热大于粒子扩散带到壁面的热量,使正柱区中心部分温度升高,气体电导率增加，以致电流向正柱区中心集中，形成不稳定的收缩现象。最后，导电正柱缩成一根温度很高、电流密度很大的电弧，这就是弧光放电。在阴极,电流密度达10～10安/厘米，形成"阴极斑点"，根据热电子发射（热阴极）或场致发射（冷阴极）的机理，发出电子。在阳极也有"阳极斑点"。由于电子带着本身的动能进入阳极，进入时又放出相当于逸出功的能量，再加上阳极位降区的发热量，使阳极加热比阴极大得多。弧光放电的阴极和阳极位降区电位降总共不过一二十伏，中间是正柱区。
弧柱中热量的散失主要依靠热传导、对流和辐射。在定常、轴对称、洛伦兹力和轴向热传导可忽略，以及气体压力和轴向电场在横截面上呈均匀分布的条件下，根据气体性质参数和管道的几何形状对磁流体力学基本方程组进行简化，可以算出管道中气流速度和温度分布以及电弧各参量。
电弧中电流密度高，往往存在着磁流体力学效应。外加磁场或自身磁场较强时,电弧受到洛伦兹力J×B(J是电流密度,B是磁感应强度）的作用。电弧在垂直磁场作用下所作的旋转运动，可使气体加热得更为均匀，并使弧根在电极上高速运动，从而减少电极烧损，还对电弧的稳定有明显影响。自身磁场对电弧有箍缩作用，产生的磁压(Pm=B/2μe，式中μe为磁导率)梯度能导致气体的宏观流动。在阴极附近，由于电流密度很大，相应的磁压较高。离开阴极后，电弧截面加大，磁压沿轴向降低，引起气体由阴极区向正柱区流动，形成阴极射流，其流速可达到100米/秒左右。在阳极斑点附近也存在着同样机理的阳极射流。
