高压实验一：气体、液体、固体放电特性实验

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1、实验一气体、液体、固体放电特性实验一.实验口的通过对均匀场和非均匀场条件下气体击穿特性的比较，了解气体放电的基本原理，击穿发生和发展的基本过程；通过现象，了解液体、同体电介质的击穿过程。二.基本原理(―)气体电介质的击穿过程气体放电可以分非口持放电和口持放电两种020世纪Townsend在均匀电场,低气压，短间隙的条件下进行了放电试验，捉出了比较系统的理论和计算公式，解释了整个间隙的放电过程和击穿条件。1、汤逊放屯理论的适用范围：汤逊理论的核心是：(1)电离的主要因素是电子的空间碰撞电离和正离子碰撞阴极

2、产生表面电离;(2)0持放电是气体间隙击穿的必要条件。汤逊理论是在低气压、Pd值较小的条件下进行的放电实验的基础上建立起来的，这一放电理论能较好的解释低气压短间隙屮的放电现象。因此，汤逊理论的适用范围是低气压短间隙(Pd<2666kPa.cm)o在高气压、长气隙中的放电现彖无法用汤逊理论加以解释，两者间的主要差异表现在以下几方而：(1)放电外形根据汤逊理论，气体放电应在整个间隙中均匀连续地发展。低气压下气体放屯发光区确实占据了整个间隙空间，如辉光放屯。但在大气压下气体击穿吋出现的却是带有分支的明亮细通道

3、。(2)放电时间根据汤逊理论，闻隙完成击穿，需要好儿次循环：形成电子崩，正离子到达阴极产生二次电子，又形成更多的电子崩。完成击穿需要一定的时间。但实测到的在大气压卜•气体的放电时间要短得多。(3)击穿电压当Pd值较小吋，根据汤逊自持放电条件计算的击穿电压与实测值比较一致；但当Pd值很大时，击穿电压计算值与实测值有很大出入。(4)阴极材料的影响根据汤逊理论，阴极材料的性质在击穿过程中应起一定作用。实验表明，低气压下阴极材料对击穿电压有一定影响，但大气压下空气中实测到的击穿电压却与阴极材料无关。由此可见汤逊

4、理论只适用于一定的Pd范围，当Pd>2666kPa.cm后，击穿过程就将发生改变，不能用汤逊理论来解释了。2、流注理论利用流注理论可以很好地解释高气压、长间隙情况下出现的一系列放电现象。(1)放电外形流注通道电流密度很大，电导很大，故其屮电场强度很小。因此流注出现后，将减弱其周围空间内的电场，加强了流注前方的电场，并且这一作用伴随着其向前发展而更为增强。因而电子崩形成流注后，当某个流注由于偶然原因发展更快时，它就将抑制其它流注的形成和发展，这种作用随着流注向;前推进将越来越强，开始时流注很短可能右三个，

5、随后减为两个，最后只剩下一个流注贯通整个间隙了，所以放电是具有通道形式的。(2)放电时间根据流注理论，二次电子崩的起始电子由光电离形成，而光子的速度远比电子的大，二次电子崩又是在加强了的电场屮，所以流注发展更迅速，击穿时间比由汤逊理论推算的小的多。(3)阴极材料的影响根据流注理论，大气条件下气体放电的发展不是依靠芷离子使阴极表面电离形成的二次电子维持的，而是靠空间光电离产生电子维持的，故阴极材料对气体击穿电压没有影响。在Pd值较小的情况下，起始电子不可能在穿越极间距离后完成足够多的碰撞电离次数，因而难以

6、聚积到"“'$108所要求的电子数，这样就不可能出现流注，放电的自持只能依靠阴极上的了过程。因此汤逊理论和流注理论适用于一定条件下的放电过程，不能用一种理论來取代另一•种理论，它们互相补充，可以说明广阔的Pd范围内的放电现象。'3、不均匀电场中气体的击穿稍不均匀电场屮放电达到自持条件时发生击穿现彖，此时气隙中平均电场强度比均匀电场气隙的耍小，因此在同样极间距离时稍不均匀场气隙的击穿电压比均匀气隙的要低，在极不均匀场气隙中自持放电条件即是电晕起始条件，出发生电晕至击穿的过程还必须增高电压才能完成。极不均匀

7、电场冇如下特征：(1)极不均匀电场的击穿电压比均匀电场低；(2)极不均匀电场如果是不对称电极，则放电冇极性效应：(3)极不均匀电场具有特殊的放电形式——电晕放电。4、极不均匀电场中的电晕放电现彖在极不均匀电场屮，气隙完全被击穿以前，电极附近会发生电晕放电，产生暗蓝色的晕光。这种特殊的晕光是电极表面电离区的放电过程造成的。电离区内的分子，在外电离因索(如光源)和电场的作用下，产生了激发、电离，形成大量的电子崩。与此同吋也产生激笈和电离的可逆过程一复合。在复合过程屮，会产生光辐射，从而形成了晕光。这就是电晕

8、。电晕放电的电流强度取决于外加电压、电极形状、极间距离、气体性质和密度等。电晕放电的起始电压在理论上可根据口持放电的条件求取，但这种方法计算繁朵且不精确，所以通常都是根据经验公式来确定的。在某些情况下可以利用电晕放电的空间电荷来改善极不均匀场的电场分布，以提高其击穿电压。5、极不均匀电场屮的极性效应图1—14表示止极性“棒一板”间隙中口持放电丽空间电荷对原电场的畸变情况。棒电极附近电场强度高，电离产生的电子在棒电极附近首先形成电子崩，因为棒