氣體放電的基本理論

《氣體放電的基本理論》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。

1、1第八章氣體放電的基本理論2第八章氣體放電基本理論本章主要介紹氣體放電理論，重點內(nèi)容是氣體放電過程及其形成機理。介紹氣隙的擊穿特性以及常見電暈放電、沿面放電兩種放電形式?！?-2氣體放電過程的一般描述§8-1氣體中帶電質(zhì)點的產(chǎn)生和消失§8-3均勻電場氣隙的擊穿§8-4不均勻電場氣隙的擊穿§8-5氣隙的擊穿特性§8-6氣體電解質(zhì)中的沿面放電3§8-1氣體中帶電質(zhì)點產(chǎn)生和消失第八章氣體放電基本理論1一、氣體中帶電質(zhì)點的產(chǎn)生氣體的特點：氣體的分子間距很大，極化率很小，因此，介電常數(shù)都接近于1。純凈的、中性狀態(tài)的氣體是不導(dǎo)電的，只有氣體中出現(xiàn)了帶電質(zhì)點（電子、正離子、

2、負離子）以后，才可能導(dǎo)電，并在電場作用下發(fā)展成為各種形式的氣體放電現(xiàn)象。氣體導(dǎo)電的原因：氣體中出現(xiàn)了帶電質(zhì)點（電子、正離子、負離子）以后，游離出來的自由電子、正離子和負離子在電場作用下移動，從而形成氣體電介質(zhì)的電導(dǎo)層。4第八章氣體放電基本理論1氣體帶電質(zhì)點的來源：有兩個，一是氣體分子本身發(fā)生游離（包括撞擊游離、光游離、熱游離等多種形式）；二是放在氣體中的金屬發(fā)生表面游離。1、撞擊游離欲使氣體質(zhì)點游離，必須給予該氣體質(zhì)點足夠的能量，這個能量由撞擊質(zhì)點傳給。這些撞擊質(zhì)點有電子、正離子、負離子、中性分子、原子等，其所具有的能量有兩種方式：①動能，mv2/2，m是質(zhì)點

3、質(zhì)量，v是質(zhì)點速度。②勢能，（數(shù)值很小忽略不計）5動能的產(chǎn)生：①氣體質(zhì)點的熱運動使之具有固有的動能；②在外加電場作用下，帶電質(zhì)點在電場力的作用具有一定的能量。形成撞擊游離的條件：①撞擊質(zhì)點所具有的總能量至少大于被撞擊質(zhì)點在該種狀態(tài)下所需的游離能；②撞擊質(zhì)點與被撞擊質(zhì)點有一定的作用時間。在有電場存在的情況下，電子與別的質(zhì)點相鄰兩次碰撞之間的平均自由行程比離子大的多，積聚足夠的能量后再與其他質(zhì)點碰撞的幾率也比離子大的多，因而在電場中，造成撞擊游離的主要因素是電子。第八章氣體放電基本理論6第八章氣體放電基本理論2、光游離短波射線的光子具有很大能量、它以光速運動，當(dāng)它

4、射到中性原于(或分子)上時所產(chǎn)生的游離稱為光游離，光子的能量與其頻率成正比，即　　Ｗ＝hγ(1—1)式中h——普朗克常量，等于6.6260755X10-34J·s；γ——光的頻率，Hz。當(dāng)氣體受到光輻射作用時，產(chǎn)生光游離的必要條件是光子的能量應(yīng)不小于氣體的游離能。光游離也可以分級游離的方式來完成。　　紫外線、X射線，α、β和γ等短波射線都可以引起光游離。在氣體擊穿過程中異號帶電質(zhì)點不斷復(fù)合為中性質(zhì)點而放出的光子，激發(fā)狀態(tài)的原子還原時放出的光子也有產(chǎn)生光游離的作用，并且是重要的光游離因素。光游離產(chǎn)生的自由電子稱為光電子。宇宙射線中的光子可造成氣體游離，并且使

5、游離出來的電子具有很大的動能，可以再造成撞擊游離。7第八章氣體放電基本理論13.熱游離自由氣體的熱狀態(tài)造成的游離稱為熱游離。熱游離實質(zhì)上并不是另外一種獨立的形式，實質(zhì)上仍是撞擊游離與光游離，只是其能量來源于氣體分子本身的熱能。在室溫(20℃)時，氣體分子平均動能僅約0.038eV，這比任何氣體的游離能都要小得多，雖然由于氣體分子熱運動的統(tǒng)計性質(zhì)，某些分子的動能遠超過此平均值，但其幾率是極其微小的，溫度升到很高時，氣體分子的平均動能增加很多，在互相碰撞時，就可能產(chǎn)生撞擊游離。8第八章氣體放電基本理論1在一定熱狀態(tài)下的物質(zhì)都能發(fā)出熱輻射，氣體也不例外。物體溫度升高

6、時，其熱輻射光子的能量大，數(shù)量多，這種光子與氣體分子相遇時就可能產(chǎn)生光游離。由上述熱狀態(tài)的撞擊游離和光游離所游離出來的帶電粒子，在高溫下具有較高的熱運動速度，在與分子碰撞時，還可能產(chǎn)生撞擊游離。由此可見，熱游離實質(zhì)上是熱狀態(tài)產(chǎn)生的撞擊游離和光游離的綜合。9第八章氣體放電基本理論14.表面游離氣體中的電子也可能來源于金屬電極的表面游離。從金屬電極表面逸出電子，需要一定的能量，通常稱為逸出功。金屬的逸出功一般要比氣體的游離能小得多，所以，表面游離在氣體放電過程中有重要作用。金屬電極表面游離所需的能量（逸出功）可以通過下述途徑獲得：①熱電子發(fā)射：即把金屬電極加熱，使

7、金屬中電子的動能增加到超過逸出功時，電子即能克服金屬表面的位能壁壘而逸出，稱為熱電子發(fā)射。在強電領(lǐng)域，熱電子發(fā)射主要是對某些電弧放電的過程有重要的意義。②二次發(fā)射：用某些具有足夠能量的質(zhì)點（例如正離子）撞擊金屬電極表面，也可能產(chǎn)生表面游離（稱為二次發(fā)射）。10第八章氣體放電基本理論1③強場發(fā)射：在電極附近加上很強的外電場，也能從金屬電極中拉出電子，稱為強場發(fā)射或冷發(fā)射。這種發(fā)射所需的外電場極高，其數(shù)量級在106V/cm左右。一般氣隙的擊穿場強遠低于此數(shù)值，所以，在一般氣隙的擊穿過程中還不會出現(xiàn)強場發(fā)射。強場發(fā)射對某些高壓強下的氣隙擊穿或高真空下的氣隙擊穿具有重

8、要意義。④光電子發(fā)射：用短波光照射金屬