高电压技术 第2讲 气体放电理论(一).pdf

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1、第第22讲讲气体放电的物理过程气体放电的物理过程((一）一）12气体放电气体放电研究在电场作用下，气隙中带电粒子的形成和运研究在电场作用下，气隙中带电粒子的形成和运动过程动过程¢气隙中带电粒子是如何形成的气隙中带电粒子是如何形成的¢气隙中的导电通道是如何形成的气隙中的导电通道是如何形成的¢气隙中导电通道形成后是如何维持持续放电的气隙中导电通道形成后是如何维持持续放电的3主要内容主要内容¢气体中带电质点的产生和消失气体中带电质点的产生和消失¢气体放电机理气体放电机理¢电晕放电电晕放电¢不均匀电场中气体击穿的发展过程不均匀电场中气体击穿的发展过程¢雷电放电雷电放电4名词解释名词解释©激励激励©

2、电离电离©电子平均自由行程电子平均自由行程©复合复合©电子崩电子崩5原子激励原子激励原子能级原子能级以电子伏为单位以电子伏为单位1eV1eV＝＝1V1V××1.61.6××1010-19CC＝＝1.61.6××1010-19JJ原子激励原子激励原子在原子在外界因素外界因素作用下，其电子跃迁到能量较高的作用下，其电子跃迁到能量较高的状态，所需能量称为状态，所需能量称为激励能激励能WWe，原子处于激励态，原子处于激励态激励状态恢复到正常状态激励状态恢复到正常状态时，辐射出相应能量的时，辐射出相应能量的光光子子，光子（光辐射）的频率，光子（光辐射）的频率υυ，，hh普朗克常数普朗克常数W=hυe

3、6原子激励原子激励¾原子处于激励态的平均寿命只有原子处于激励态的平均寿命只有1010-7~10~10-8秒秒¾激励电位：激励电位：UUe==WWe//ee¾几种气体和金属蒸汽的第一激励电位几种气体和金属蒸汽的第一激励电位NN：：6.3V6.3V，，NN2：：6.1V6.1VOO：：9.1V,9.1V,，，OO2：没有：没有CsCs：：1.38V1.38V（最小）（最小）¾原子具有亚稳激励态，其寿命长原子具有亚稳激励态，其寿命长1010-4~10~10-2秒秒7原子电离原子电离原子电离原子电离在在外界因素外界因素作用下，其一个或几个电子脱离原作用下，其一个或几个电子脱离原子核的束缚而形成子核

4、的束缚而形成自由电子自由电子和和正离子正离子电离过程所需要的能量称为电离过程所需要的能量称为电离能电离能WWi((evev))，也，也可用可用电离电位电离电位UUi（（vv））分级电离分级电离通过亚稳激励态通过亚稳激励态8原子电离原子电离几种气体的第一电离电位几种气体的第一电离电位NN：：14.5V14.5V，，NN2：：15.5V15.5VOO：：13.6V,O13.6V,O2：：12.2V12.2VCsCs：：3.88V3.88V9质点的平均自由行程自由行程一个质点在与气体分子相邻两次碰撞之间自由地通过的行程平均自由行程（λ）自由行程具有统计性，λ定义为质点自由行程的平均值10质点的平

5、均自由行程质点的平均自由行程电子在其自由行程内从外电子在其自由行程内从外电场获得动能电场获得动能，能量除，能量除决定于电场强度外，还决定于电场强度外，还和其自由行程有关和其自由行程有关11质点的平均自由行程质点的平均自由行程¾气体中电子和离子的自由行程是它们和气体分气体中电子和离子的自由行程是它们和气体分子发生碰撞时的行程子发生碰撞时的行程¾电子的平均自由行程要比分子和离子的自由行电子的平均自由行程要比分子和离子的自由行程大得多程大得多¾气体分子密度越大，其中质点的平均自由行程气体分子密度越大，其中质点的平均自由行程越小。对于同一种气体，其分子密度和该气体越小。对于同一种气体，其分子密度和

6、该气体的密度成正比，空气中的密度成正比，空气中λλe=10=10-5cmcmTλ∝p12质点的平均自由行程质点的平均自由行程¾自由行程的分布：自由行程的分布：具有统计性的规律。质点的具有统计性的规律。质点的自由行程大于自由行程大于xx的概率为的概率为x−f(x)=eλ¾如果起始有如果起始有nn0个质点（或一个质点的相继个质点（或一个质点的相继nn0次碰次碰撞），则其中行过距离撞），则其中行过距离xx后，尚未被碰撞的质点后，尚未被碰撞的质点数（或次数）数（或次数）n(xn(x))应为应为x−n(x)=neλ013第一节第一节气体中带电质点的产生和消失气体中带电质点的产生和消失¢气体中带电质点

7、的产生气体中带电质点的产生（一）气体分子本身的电离，可由下列因素引起：（一）气体分子本身的电离，可由下列因素引起：（（11）电子或正离子与气体分子的碰撞电离）电子或正离子与气体分子的碰撞电离（（22）各种光辐射（光电离））各种光辐射（光电离）（（33）高温下气体中的热能（热电离））高温下气体中的热能（热电离）（（44）负离子的形成）负离子的形成（二）（二）气体中的固体或液体金属的表面电离气体中的固体或液体金属的表面电离1