知識資料第三十五章氣體放電的基本物理過程新版

朽木易折，金石可鏤。千里之行，始于足下。PAGE第頁/共頁7第5篇高壓電與絕緣技術(shù)第35章氣體放電的基本物理過程35.1氣體中帶電指點的產(chǎn)生與出現(xiàn)35.1.1氣體的電離原子在外界因素作用下，使其一個或幾個電子脫離原子核的束縛而形成自由電子和正離子的過程稱為原子的電離，它是氣體放電的首要前提。其所需要的能量成為電離能。原子在外界因素作用下，其電子躍遷到能量較高的狀態(tài)，所需的能量稱為鼓勵能，原子處于鼓勵態(tài)電離電位為，；鼓勵態(tài)恢復到正常狀態(tài)時，輻射出相應能量的光子，光子的頻率普朗克常數(shù)電離過程的表示：（熱電離）（光輻射電離）（碰撞電離）常溫下的放電過程，碰撞電離是最重要的電離方式35.1.2氣體的分級電離氣體的原子或分子在鼓勵態(tài)（鼓勵能為）再獲得能量而發(fā)生電離稱為分級電離，這種情況下電離所需的能量僅為亞穩(wěn)原子有很長的平均壽命（10-3秒或更長）。在混合氣體中,當一種氣體的亞穩(wěn)原子同另一種氣體的原子或分子碰撞時，即使它們的動能較低，只要前者的激發(fā)能大于后者的電離能，后者將被電離，前者則返回基態(tài)。多余的能量就改變?yōu)殡娮拥膭幽?，或使離子激發(fā)。這種過程,稱彭寧電離,或稱彭寧效應。因為惰性氣體的亞穩(wěn)原子有較大的激發(fā)能，在含有惰性氣體的混合氣體放電中，彭寧電離比較有效。彭寧效應還可以使放電管的點火電壓降低。從絕緣角度看，彭寧效應不利35.1.3電極表面的電子逸出逸出功：金屬的微觀結(jié)構(gòu)、金屬表面狀態(tài)（小于電離能）：①熱電子發(fā)射②二次發(fā)射③強場發(fā)射④光電子發(fā)射35.1.4帶電質(zhì)點的蔓延和復合帶電粒子的蔓延帶電粒子從濃度較大的區(qū)域運動到濃度較小的區(qū)域。電子的蔓延速度比離子快得多。氣壓越低，溫度越高，蔓延越快。帶電粒子的復合正離子和負離子或電子相遇，發(fā)生電荷的傳遞而互相中和、還原為分子的過程在帶電質(zhì)點的復合過程中會發(fā)生光輻射，這種光輻射在一定條件下又可能成為導致電離的因素正、負離子間的復合概率要比離子和電子間的復合概率大得多。通常放電過程中離子間的復合更為重要一定空間內(nèi)帶電質(zhì)點因為復合而減少的速度決定于其濃度35.2電子崩和電子碰撞電離系數(shù)O點：因為光輻射的作用，在氣隙中存在一定量的自由電子O點—A點：自由電子在外電場作用下的運動速度增強，同時發(fā)生復合的可能性減少A點：因為光電離而產(chǎn)生的自由電子所有出現(xiàn)在外回路中A點—B點：隨著外電壓的增強，自由電子數(shù)基本不變，電流值不變B點：此時外電場達到一定程度，能夠產(chǎn)生額外的自由電子B點—C點：隨著外電場的增強，自由電子的數(shù)量和運動速度同時迅速增強一個起始電子自電場獲得一定動能后，會碰撞電離出一個第二代電子；這兩個電子作為新的第一代電子，又將電離出新的第二代電子，這時空間已存在四個自由電子；這樣一代一代不斷增強的過程，會使電子數(shù)目疾馳增強，宛若冰山上發(fā)生雪崩一樣。電離系數(shù)一個電子沿著電場方向行經(jīng)1cm長度，平均發(fā)生的碰撞電離次數(shù)設電子在勻稱電場中行經(jīng)距離x而未發(fā)生碰撞，則此時電子從電場獲得的能量為eEx，電子如要能夠引起碰撞電離，必須滿意條件惟獨那些自由行程超過xi＝Ui／E的電子，才干與分子發(fā)生碰撞電離若電子的平均自由行程為，自由行程大于xi的概率為對于勻稱電場，不隨空間位置而變相應的電子電流增長邏輯為令x＝d，得進入陽極的電子電流，此即外回路中的電流在lcm長度內(nèi)，一個電子的平均碰撞次數(shù)為l／其中是電子自由行程超過xi而發(fā)生的碰撞，即電離碰撞次數(shù)氣體溫度不變時，1／＝Ap，并令AUi＝B，可得結(jié)論：場強較大時，電子碰撞電離系數(shù)較大；在氣壓較大或較小時，電子碰撞電離系數(shù)較小隨著氣隙中場強增大，電子和離子在與氣體分子相鄰兩次碰撞間所堆積的動能也增強，場強高達某一定值，使這種能量的堆積達到撞擊游離所需值時，氣體中即可發(fā)生撞擊游離。游離出來的電子又參加到撞擊游離的過程中去。于是游離過程就像雪崩似地增長起來，稱為電子崩此時電流也相應地有較大的增長，但在場強小于某臨界值Ecr時，這種電子崩還必須有賴于外界游離因素所造成的原始游離才干持續(xù)存在；如外界游離因素出現(xiàn)，則這種電子崩也隨之逐漸衰減以至出現(xiàn)，而不能自己維持下去。這種放電稱為非自持放電。當場強達到或超過Ecr值時，這種電子崩已可僅由電場的作用而自行維持和發(fā)展，不必再依賴于外界游離因素了，這種性質(zhì)的放電稱為自持放電。由非自持放電轉(zhuǎn)入自持放電的場強稱為臨界場強Ecr，相應的電壓稱為臨界電壓Ucr。35.3自持放電條件湯遜理論認為，當pd較小時，電子的碰撞電離和正離子撞擊陰極造成的表面電離起這主要作用，氣隙的擊穿電壓大體上是pd的函數(shù)35.3.1pd值較小時的情況一旦形成流注，放電就進入了新的階段，放電可以由本身產(chǎn)生的空間光電離而自行維持，即轉(zhuǎn)入自持放電了。倘若電場勻稱，間隙就將被擊穿。所以流注形成的條件就是自持放電條件，在勻稱電場中也就是導致?lián)舸┑臈l件設n0＝1放電有非自持轉(zhuǎn)入自持的條件為在勻稱電場中，這也就是間隙擊穿的條件，上式具有清晰的物理意義35.3.2pd值較大的情況1．放電形狀Pd很大時，放電具有通道形式當某個流注因為偶爾緣故發(fā)展更快時，將抑制其它流注的形成和發(fā)展，并且隨著流注向前推進而越來越強烈二次電子崩在空間的形成和發(fā)展帶有統(tǒng)計性，所以火花通道常是蜿蜒的，并帶有