第二章 气体放电的物理过程ppt课件.ppt

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1、第二章气体放电的物理过程2.1气体中带电质点的产生和消失2.2气体放电机理2.3电晕放电2.4不均匀电场气隙的击穿2.5雷电放电2.6沿面放电气体放电研究概述※从对气体放电现象的最初认识到开始认真研究气体放电现象几乎伴随着电学的整个发展历史。※用于研究气体放电的实验装置气体放电管的发明使人们认识到了阴极射线，并由此发现了电子，解开了原子结构的秘密，促进了原子物理的发展。※对气体放电的研究不仅在理论上推动了物理学的发展，而且在工程上推动了电力，照明，环境，光学，电子等多种工程应用的发展。因此对气体放电物理的研究具有重要的理论和工程应用意义。气体放电研究概述1

2、836年，法拉第（1791-1867）注意到低压气体中的放电现象，将其称之为“辉光放电”（glowdischarge），并预言这种放电现象将给以后的电学研究带来很大影响。1855年，德国的玻璃技工盖斯勒（1815-1879）利用托里拆利真空原理制成了简易的水银真空泵——盖斯勒泵，并制成了低压气体放电管——盖斯勒管，为人们进一步研究低压气体中的放电现象及其本质创造了条件。19世纪是电磁学大发展的时期,到七、八十年代电气工业开始有了发展,发电机、变压器和高压输电线路逐步在生产中得到应用，然而，漏电和放电损耗非常严重，成了亟待解决的问题。同时，电气照明也吸引了许

3、多科学家的注意。这些问题都涉及低压气体放电现象，于是，人们竞相研究与低压气体发电现象有关的问题。气体放电研究概述英国物理学家、剑桥著名的卡文迪许实验室的负责人J．J．汤姆逊（1856-1940）从1881年开始利用气体放电管研究阴极射线并并于1897年发现电子，推动了原子物理，粒子物理，量子物理等现代物理学的发展。1897年电子发现之后，对气体放电的研究走向了微观粒子之间相互作用的层面，并由此发展了气体放电物理学。对此作出开创性研究工作的重要人物是汤姆逊的学生英国科学家J.S.Townsend(1868-1957）。Townsend借助理论假设和大量的实验

4、系统地研究了气体放电过程中电子、离子等基本粒子的特性，提出了“平均电子”，“平均粒子”，“电离系数α”，“电子崩”等概念，并利用这些概念成功地解释了在低气压下均匀电场气隙间的击穿现象，这就是著名的汤生气体放电理论。后人在汤生气体放电理论的基础上，继续发展了流注放电理论。汤生气体放电理论和流注放电理论互为补充，构成了目前的气体放电物理学的基本理论。气体放电研究概述气体放电研究概述Townsend利用气体放电管观察并描述了在低气压（约104帕以下）均匀电场的间隙中通过间隙的电流随着间隙两端的电压的增加的变化曲线如图所示。汤生放电区域的伏安特性气体放电的主要形式

5、1、辉光放电（击穿状态）（1）条件：低气压，均匀电场（2）特点：电流密度小，放电区域占据整个电极空间。2、火花放电（击穿状态）（1）条件：高气压（2）特点：明亮的火花，火花向对面电极伸展或贯通两级，发光放电通道收细。火花会瞬时熄灭后又突然发生，放电过程不稳定3、电晕放电（气隙没有击穿，局部自持放电）4、刷状放电负极性电晕下，如电压继续升高，从电晕电极伸展出许多较明亮的细放电通道，称为刷状放电；电压再升高，根据电源功率而转入火花放电或电弧放电，最后整个间隙被击穿如电场稍不均匀，则可能不出现刷状放电，而由电晕放电直接转入击穿气体放电的主要形式5、电弧放电（1）

6、条件：电源功率足够大（2）现象：气体发生火花放电之后，便立即发展至对面电极，出现非常明亮的连续弧光。形成电弧放电。发生电弧放电时，电弧的温度极高。气体放电的主要形式原子的结构原子是由带正电的原子核和绕核旋转的电子组成。电子在原子核外是分层排布的，各层具有不同的轨道半径。电子运动的轨道半径不同，其能量也不同。2.1带电粒子的产生和消失动能：取决于原子的质量和运动速度。位能：取决于其中电子的能量。当电子从其正常轨道上跃迁到能量更高的轨道上时，原子的位能也相应增加。能级：根据原子中电子的能量状态，原子具有一系列可取的确定的位能，称为原子的能级。原子的正常状态相当

7、于最低的能级。原子的能量2.1带电粒子的产生和消失原子的激励与电离激励（轨道跃迁）原子的一个或若干个电子转移到离核较远的轨道上去，所需能量称为激励能We电离电子跃迁到最外层轨道之外，脱离原子核的束缚，成为自由电子。所需能量称为激励能Wi2.1带电粒子的产生和消失碰撞电离光电离热电离阴极表面电离2.1带电粒子的产生和消失带电粒子的产生方式撞击电离撞击质点：电子、正负离子、中性分子、原子等撞击电离的首要条件：撞击质点总能量（动能+势能）>被撞击质点当前状态时的电离能撞击是复杂的电磁力作用需要一定时间才能完成主要因素是电子的撞击电离动能需要积累2.1带电粒子的产

8、生和消失光子的能量：产生光电离的必要条件：式中h—普朗克常数式中λ