带电离子的产生和消失

带电离子的产生和消失第一页，共十五页，2022年，8月28日第二页，共十五页，2022年，8月28日第1讲气体击穿的理论分析和气体间隙绝缘（1）一、带电粒子的产生（一）原子的激励和电离原子的能级

原子结构可用行星系模型描述。根据原子核外电子的能量状态，原子具有一系列可取的确定的能量状态—能级。

郑州大学电气工程学院第三页，共十五页，2022年，8月28日第1讲气体击穿的理论分析和气体间隙绝缘（1）原子的激励

原子在外界因素（电场、高温等）的作用下，吸收外界能量使其内部能量增加，原子核外的电子将从离原子核较近的轨道跳到离原子核较远的轨道上去，此过程称原子的激励（或激发）。激励能。不稳定状态。郑州大学电气工程学院第四页，共十五页，2022年，8月28日第1讲气体击穿的理论分析和气体间隙绝缘（1）原子的电离原子在外界因素作用下，使其一个或几个电子脱离原子核的束缚而形成自由电子和正离子的过程。电离能Wi（电子伏eV）。1eV—一个电子行径1V电位差的电场所获得的能量。郑州大学电气工程学院自由电子第五页，共十五页，2022年，8月28日第1讲气体击穿的理论分析和气体间隙绝缘（1）（二）气体中带电粒子的产生光电离

光辐射引起的气体分子的电离过程。光电离条件:或式中：

h—普朗克常数,4.13×10-15eV·s;ν—光子的频率；c—光速，3×108m/s；λ—

光的波长，m.郑州大学电气工程学院第六页，共十五页，2022年，8月28日第1讲气体击穿的理论分析和气体间隙绝缘（1）热电离一切因气体热状态引起的电离过程。热电离条件:

式中：K—波尔茨曼常数，1.38×10-23J/K；

T—绝对温度。郑州大学电气工程学院第七页，共十五页，2022年，8月28日第1讲气体击穿的理论分析和气体间隙绝缘（1）碰撞电离

由于质点碰撞引起的电离过程。主要是电子碰撞电离。碰撞电离条件：

空间电离：光电离热电离碰撞电离郑州大学电气工程学院第八页，共十五页，2022年，8月28日第1讲气体击穿的理论分析和气体间隙绝缘（1）金属的表面电离

电子从金属电极（阴极）表面逸出的过程。逸出功。（1）正离子撞击阴极（2）光电子发射（光电效应）（3）热电子发射（4）强场发射郑州大学电气工程学院第九页，共十五页，2022年，8月28日第1讲气体击穿的理论分析和气体间隙绝缘（1）负离子的形成电子和气体分子碰撞非但没有电离出新电子，反而是附着于分子，形成负离子。阻碍放电的作用。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—电负性气体（氧、氟、氯等）。SF6 （很强的绝缘和灭弧性能，同时具有良好的物理化学性能）。郑州大学电气工程学院第十页，共十五页，2022年，8月28日第1讲气体击穿的理论分析和气体间隙绝缘（1）二、带电粒子在气体中的运动1、自由行程长度

带电粒子在电场中具有复杂的运动轨迹：“混乱热运动+沿电场作定向漂逸”

平均自由行程长度λ—单位行程中的碰撞次数Z的倒数。郑州大学电气工程学院第十一页，共十五页，2022年，8月28日第1讲气体击穿的理论分析和气体间隙绝缘（1）

实际自由行程长度是一个随机量，并具有很大的分散性。粒子的自由行程等于或大于某一距离x的概率：郑州大学电气工程学院第十二页，共十五页，2022年，8月28日第1讲气体击穿的理论分析和气体间隙绝缘（1）2、带电粒子的迁移率带电粒子在单位场强（1v/m)下沿电场方向的漂移速度。电子的迁移率远大于离子。郑州大学电气工程学院第十三页，共十五页，2022年，8月28日第1讲气体击穿的理论分析和气体间隙绝缘（1）3、扩散带电粒子从浓度较大的区域运动到浓度较小的区域。电子的扩散速度比离子快得多。气压越低，温度越高，扩散越快。郑州大学电气工程学院第十四页，共十五页，2022年，8月28日第1讲气体击穿的理论分析和气体间隙绝缘（1）三、带电粒子的消失在电场作用下定向运动“混乱热运动+沿电场作定向漂逸”带