气体放电理论(一).ppt

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1、气体放电理论（一）123气体放电在电场作用下，气隙中带电粒子的形成和运动过程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？气隙中导电通道形成后是如何维持持续放电的？42.1气体中带电质点的产生和消失气体中带电质点的产生（一）气体分子的电离可由下列因素引起：（1）电子或正离子与气体分子的碰撞电离（2）各种光辐射（光电离）（3）高温下气体中的热能（热电离）（4）负离子的形成（二）金属（阴极）的表面电离5碰撞电离气体放电中，碰撞电离主要是电子和气体分子碰撞而引起的在电场作用下，电子被加速而获得动能。当电子的动能满足

2、如下条件时，将引起碰掩电离me——电子的质量；ve——电子的速度；Wi——气体分子的电离能。碰撞电离的形成与电场强度和平均自由行程的大小有关6光电离光辐射引起的气体分子的电离过程称为光电离自然界、人为照射、气体放电过程当气体分子受到光辐射作用时，如光子能量满足下面条件，将引起光电离，分解成电子和正离子光辐射能够引起光电离的临界波长（即最大波长）为对所有气体来说，在可见光（400750nm）的作用下，一般是不能直接发生光电离的7热电离因气体热状态引起的电离过程称为热电离气体分子的平均动能和气体温度的关系为在它们相互碰撞时

3、，就可能引起激励或电离在高温下，例如发生电弧放电时，气体温度可达数千度，气体分子动能就足以导致发生明显的碰撞电离高温下高能热辐射光子也能造成气体的电离8负离子的形成有时电子和气体分子碰撞非但没有电离出新电子，反而是碰撞电子附着分子，形成了负离子有些气体形成负离子时可释放出能量。这类气体容易形成负离子，称为电负性气体（如氧、氟、氯等）负离子的形成起着阻碍放电的作用9金属（阴极）的表面电离阴极发射电子的过程逸出功：金属的微观结构、金属表面状态金属表面电离有多种方式，即可以有多种方法供给电子以逸出金属所需的能量（1）正离子碰撞

4、阴极正离子碰撞阴极时使电子逸出金属（传递的能量要大于逸出功）。逸出的电子有一个和正离子结合成为原子，其余的成为自由电子。因此正离子必须碰撞出一个以上电子时才能出现自由电子10（2）光电效应金属表面受到光的照射，当光子的能量大于逸出功时，金属表面放射出电子（3）强场发射（冷发射）当阴极附近所加外电场足够强时，使阴极发射出电子（4）热电子发射当阴极被加热到很高温度时，其中的电子获得巨大动能，逸出金属11气体中带电质点的消失（一）电场力作用下进入电极（二）带电质点的扩散（三）带电质点的复合12电场作用下气体中带电质点的运动带电

5、质点产生以后，在外电场作用下将作定向运动，形成电流在气体放电空间，带电质点在一定的电场强度下运动达到某种稳定状态，保持平均速度，即上述的带电质点的驱引速度b——迁移率电子迁移率比离子迁移率大得多，即使在很弱的电场中，电子迁移率也随场强而变13带电质点的扩散带电质点的扩散和气体分子的扩散一样，都是由于热运动造成，带电质点的扩散规律和气体的扩散规律也是相似的气体中带电质点的扩散和气体状态有关，气体压力越高或者温度越低，扩散过程也就越弱电子的质量远小于离子，所以电子的热运动速度很高，它在热运动中受到的碰撞也较少，因此，电子的扩

6、散过程比离子的要强得多14带电质点的复合正离子和负离子或电子相遇，发生电荷的传递而互相中和、还原为分子的过程在带电质点的复合过程中会发生光辐射，这种光辐射在一定条件下又可能成为导致电离的因素正、负离子间的复合概率要比离子和电子间的复合概率大得多。通常放电过程中离子间的复合更为重要一定空间内带电质点由于复合而减少的速度决定于其浓度152.2气体放电机理（一）气体放电的主要形式根据气体压强、电源功率、电极形状等因素的不同，击穿后气体放电可具有多种不同形式。利用放电管可以观察放电现象的变化辉光放电电弧放电火花放电电晕放电刷状放

7、电16辉光放电当气体压强不大，电源功率很小（放电回路中串入很大阻抗）时，外施电压增到一定值后，回路中电流突增至明显数值，管内阴极和阳极间整个空间忽然出现发光现象特点是放电电流密度较小，放电区域通常占据了整个电极间的空间。霓虹管中的放电就是辉光放电的例子。管中所充气体不同，发光颜色也不同17电弧放电减小外回路中的阻抗，则电流增大，电流增大到一定值后，放电通道收细，且越来越明亮，管端电压则更加降低，说明通道的电导越来越大电弧通道和电极的温度都很高，电流密度极大，电路具有短路的特征18火花放电在较高气压（例如大气压强）下，击穿

8、后总是形成收细的发光放电通道，而不再扩散于间隙中的整个空间。当外回路中阻抗很大，限制了放电电流时，电极间出现贯通两极的断续的明亮细火花火花放电的特征是具有收细的通道形式，并且放电过程不稳定火花间断的原因19电晕放电电极曲率半径很小或电极间距离很远，即电场极不均匀，则当电压升高到一定值后，首先紧贴电极在电场最强处出现发