第2章-气体放电的基本物理过程ppt课件.ppt

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1、第2章气体放电的基本物理过程2.1带电粒子的产生与消失2.2放电的电子崩阶段2.3自持放电条件2.4不均匀电场中放电的极性效应气体放电——气体中流通电流的各种形式。正常状态：优良的绝缘体。在一个立方厘米体积内仅含几千个带电粒子,但这些带电粒子并不影响气体的绝缘。空气的利用：架空输电线路各相导线之间、导线与地线之间、导线与杆塔之间的绝缘；变压器相间的绝缘等。气体绝缘的优点：不存在老化问题理论体系较完善完全的绝缘自恢复特性在电气设备中:外绝缘:一般由气体介质(空气)和固体介质(绝缘子)联合构成内绝缘:一般由固体介质和液体介质联合构成2.1带

2、电粒子的产生与消失气体中电子与正离子的产生电离：电子脱离原子核自由电子、正离子此过程需要能量电离能Wi电离电位Ui=Wi/ee_-一个电子所带电荷1.6*10-19库伦发生电离的条件？根据外界给予原子或分子的能量形式的不同，电离可分为热电离、光电离和碰撞电离。此外，电离过程可以一次完成，也可以是先激励再电离的分级电离方式。外界能量（1）热电离波尔茨曼常数1.38×10-23J/K热力学温度气体分子的平均动能与温度的关系室温下：气体分子的平均动能10-2eV数量级只有在电弧放电产生的高温条件下才会有明显的热电离！随着温度升高气体分子动能增

3、加引起的碰撞电离高温下高能热辐射光子引起的光电离产生热游离的条件：：气体分子的电离能热游离实质上并不是另外一种独立的形式，实质上仍是撞击游离与光游离，只是其能量来源于气体分子本身的热能。（2）光电离普朗克常数6.63×10-34J·s光辐射引起气体分子的电离；光子能量:hv≥Wi或λ≤hc/Wi式中λ——光的波长，m；c——光速Wi——气体的电离能，eV。光电离条件：光电离在气体介质放电过程中很重要！(正负离子的复合产生光子—流注放电）可见光不能使气体直接发生光电离！x,γ射线才能使其发生光电离。光的来源：自然界、人为照射、气体放电过程

4、v——为频率（3）碰撞电离带电粒子在电场中获得动能:一个重要概念：自由行程---两次碰撞间质点行经的距离，一般用λ表示。平均自由行程用表示。需要注意的两点!碰撞电离是气体放电过程中产生带电质点的最重要的方式。碰撞电离主要是由电子引起的，离子引起的碰撞电离概率要比电子引起的小得多。原因有两个1）电子自由行程大，在电场中获得的能量大。2）电子质量比离子小的多，易产生弹性碰撞,发生非电离碰撞后几乎不损失能量，更容易积累能量。因此，在分析气体放电发展时，只考虑电子引起的碰撞电离。（4）分级电离原子中电子在外界因素的作用下可跃迁到能级较高的外层轨

5、道，称之为激励，所需的能量称为激励能。更高能级的外层轨道一个概念---激励：原子中的电子外界因素跃迁激励能WeWi>W≥We可能发生激励的条件：激励态不稳定：10-8s亚稳激励态：10-4~10-5s气体电离能激励能N215.56.1O212.57.9CO213.710.0SF615.66.8H2O12.77.6若混合气体中甲气体的亚稳激励态能高于乙气体的电离能，则会出现潘宁效应，可使混合气体的击穿强度低于这两种气体各自的击穿强度。对绝缘不利，但可有其他应用！原子的激励与电离的关系原子发生电离产生带电粒子的两种情况：原子吸收了一定的能量

6、，但能量不太高发生激励，跳到更远的轨道再次吸收能量发生电离，产生带电粒子原子直接吸收了足够的能量发生电离，产生带电粒子原子的激励过程不产生带电粒子；原子的电离过程产生带电粒子；激励过程可能是电离过程的基础。⑴激励+电离⑵直接电离电极表面电离——电子从金属电极（阴极）表面逸出的过程。逸出功——电子从金属表面逸出所需的能量。金属逸出功(eV)金属逸出功(eV)金属逸出功(eV)铝(Al)银(Ag)1.83.1铁(Fe)铜(Cu)3.93.9氧化铜(CuO)铯(Cs)5.30.7逸出功与表1-1相比较，可知金属的逸出功比气体分子的电离能小得多

7、，表明金属表面电离比气体空间电离更易发生。阴极表面电离在气体放电过程中起着相当重要的作用。电极表面的电子逸出电极表面电离按外加能量形式的不同，可分为四种形式正离子碰撞阴极时把能量（主要是势能）传递给金属极板中的电子，使其逸出金属正离子必须碰撞出一个以上电子时才能产生自由电子逸出的电子有一个和正离子结合成为原子，其余成为自由电子。高能辐射先照射阴极时，会引起光电子发射，其条件是光子的能量应大于金属的逸出功。同样的光辐射引起的电极表面电离要比引起空间光电离强烈得多正离子撞击阴极表面光电子发射（光电效应）当阴极被加热到很高温度时，其中的电子获

8、得巨大动能，逸出金属表面在许多电子器件中常利用加热阴极来实现电子发射。当阴极表面附近空间存在很强的电场时（106V/cm数量级），能使阴极发射电子。常态下作用,气隙击穿完全不受影响；(一般气体的击穿场强远低