知识资料第三十五章气体放电的基本物理过程新版

朽木易折，金石可镂。千里之行，始于足下。PAGE第页/共页7第5篇高压电与绝缘技术第35章气体放电的基本物理过程35.1气体中带电指点的产生与出现35.1.1气体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称为原子的电离，它是气体放电的首要前提。其所需要的能量成为电离能。原子在外界因素作用下，其电子跃迁到能量较高的状态，所需的能量称为鼓励能，原子处于鼓励态电离电位为，；鼓励态恢复到正常状态时，辐射出相应能量的光子，光子的频率普朗克常数电离过程的表示：（热电离）（光辐射电离）（碰撞电离）常温下的放电过程，碰撞电离是最重要的电离方式35.1.2气体的分级电离气体的原子或分子在鼓励态（鼓励能为）再获得能量而发生电离称为分级电离，这种情况下电离所需的能量仅为亚稳原子有很长的平均寿命（10-3秒或更长）。在混合气体中,当一种气体的亚稳原子同另一种气体的原子或分子碰撞时，即使它们的动能较低，只要前者的激发能大于后者的电离能，后者将被电离，前者则返回基态。多余的能量就改变为电子的动能，或使离子激发。这种过程,称彭宁电离,或称彭宁效应。因为惰性气体的亚稳原子有较大的激发能，在含有惰性气体的混合气体放电中，彭宁电离比较有效。彭宁效应还可以使放电管的点火电压降低。从绝缘角度看，彭宁效应不利35.1.3电极表面的电子逸出逸出功：金属的微观结构、金属表面状态（小于电离能）：①热电子发射②二次发射③强场发射④光电子发射35.1.4带电质点的蔓延和复合带电粒子的蔓延带电粒子从浓度较大的区域运动到浓度较小的区域。电子的蔓延速度比离子快得多。气压越低，温度越高，蔓延越快。带电粒子的复合正离子和负离子或电子相遇，发生电荷的传递而互相中和、还原为分子的过程在带电质点的复合过程中会发生光辐射，这种光辐射在一定条件下又可能成为导致电离的因素正、负离子间的复合概率要比离子和电子间的复合概率大得多。通常放电过程中离子间的复合更为重要一定空间内带电质点因为复合而减少的速度决定于其浓度35.2电子崩和电子碰撞电离系数O点：因为光辐射的作用，在气隙中存在一定量的自由电子O点—A点：自由电子在外电场作用下的运动速度增强，同时发生复合的可能性减少A点：因为光电离而产生的自由电子所有出现在外回路中A点—B点：随着外电压的增强，自由电子数基本不变，电流值不变B点：此时外电场达到一定程度，能够产生额外的自由电子B点—C点：随着外电场的增强，自由电子的数量和运动速度同时迅速增强一个起始电子自电场获得一定动能后，会碰撞电离出一个第二代电子；这两个电子作为新的第一代电子，又将电离出新的第二代电子，这时空间已存在四个自由电子；这样一代一代不断增强的过程，会使电子数目疾驰增强，宛若冰山上发生雪崩一样。电离系数一个电子沿着电场方向行经1cm长度，平均发生的碰撞电离次数设电子在匀称电场中行经距离x而未发生碰撞，则此时电子从电场获得的能量为eEx，电子如要能够引起碰撞电离，必须满意条件惟独那些自由行程超过xi＝Ui／E的电子，才干与分子发生碰撞电离若电子的平均自由行程为，自由行程大于xi的概率为对于匀称电场，不随空间位置而变相应的电子电流增长逻辑为令x＝d，得进入阳极的电子电流，此即外回路中的电流在lcm长度内，一个电子的平均碰撞次数为l／其中是电子自由行程超过xi而发生的碰撞，即电离碰撞次数气体温度不变时，1／＝Ap，并令AUi＝B，可得结论：场强较大时，电子碰撞电离系数较大；在气压较大或较小时，电子碰撞电离系数较小随着气隙中场强增大，电子和离子在与气体分子相邻两次碰撞间所堆积的动能也增强，场强高达某一定值，使这种能量的堆积达到撞击游离所需值时，气体中即可发生撞击游离。游离出来的电子又参加到撞击游离的过程中去。于是游离过程就像雪崩似地增长起来，称为电子崩此时电流也相应地有较大的增长，但在场强小于某临界值Ecr时，这种电子崩还必须有赖于外界游离因素所造成的原始游离才干持续存在；如外界游离因素出现，则这种电子崩也随之逐渐衰减以至出现，而不能自己维持下去。这种放电称为非自持放电。当场强达到或超过Ecr值时，这种电子崩已可仅由电场的作用而自行维持和发展，不必再依赖于外界游离因素了，这种性质的放电称为自持放电。由非自持放电转入自持放电的场强称为临界场强Ecr，相应的电压称为临界电压Ucr。35.3自持放电条件汤逊理论认为，当pd较小时，电子的碰撞电离和正离子撞击阴极造成的表面电离起这主要作用，气隙的击穿电压大体上是pd的函数35.3.1pd值较小时的情况一旦形成流注，放电就进入了新的阶段，放电可以由本身产生的空间光电离而自行维持，即转入自持放电了。倘若电场匀称，间隙就将被击穿。所以流注形成的条件就是自持放电条件，在匀称电场中也就是导致击穿的条件设n0＝1放电有非自持转入自持的条件为在匀称电场中，这也就是间隙击穿的条件，上式具有清晰的物理意义35.3.2pd值较大的情况1．放电形状Pd很大时，放电具有通道形式当某个流注因为偶尔缘故发展更快时，将抑制其它流注的形成和发展，并且随着流注向前推进而越来越强烈二次电子崩在空间的形成和发展带有统计性，所以火花通道常是蜿蜒的，并带有