第02章气体放电的物理过程要点解析.ppt

第2章 气体放电的物理过程 2.1 气体中带电质点的产生和消失 2.2 气体放电机理 2.3 电晕放电 2.4 不均匀电场气隙的击穿 2.5 雷电放电 2.6 气隙的沿面放电 1、概述： ① 形式： 雷云对大地；雷云内部；雷云对雷云。 ② 极性： ③ 过程： ④ 破坏因素： 最大电流；电流增长最大陡度；余光电流热效应。 ⑤ 防护措施： 90％以上为负极性雷。 先导放电、主放电、余光放电。 避雷针。 * 2.1 气体中带电质点的产生和消失 2.2 气体放电机理 2.3 电晕放电 2.4 不均匀电场气隙的击穿 2.5 雷电放电 2.6 气隙的沿面放电 1、气体中带电质点的产生： 纯净中性气体不导电，只有气体中出现带电质点后才能导电，并在电场作用下发展成放电现象。 ① 基本概念： 玻尔理论：原子周围的电子按规律跃迁时，轨道越远，电子能量越大。 激励：电子从近轨道向远轨道跃迁时，需要一定能量，这个过程叫激励。 激励能：激励所需能量叫激励能 ，其值等于两轨道能级之差。 电离：当外界给予的能量很大时，电子可以跳出原子轨道成为自由电子。原来的中性原子变成一个自由电子和一个带正电荷的离子，这个过程叫电离。 电离能：达到电离所需的最小能量称为电离能 。 反激励：电子从远轨道向近轨道跃迁时，原子发射单色光（有能量的光子）的过程称为反激励。 电离电位和激励电位：一般用电离电位 和激励电位 来表示电离能和激励能。 ② 撞击电离： 概念：通过撞击，给予气体质点以足够的能量，使气体质点发生的电离。 能量要求： 中性质点：第一电离能。 已被激励的质点：小于第一电离能。 负离子：大于第一电离能。 撞击能量： 动能 势能 中性质点为零； 正离子为正； 负离子为负。 平均自由程：一个质点两次碰撞之间的平均距离。其与密度呈反比。 撞击过程不是简单的机械过程： 速度↑→动能↑→ 电离概率↑ 速度↑→撞击作用时间↓ → 电离概率↓ 不存在电场时，温度足够高，才能发生撞击电离。 存在电场时，电子是撞击电离的主要因素。 ③ 光电离： 概念：光子给予气体质点足够的能量，使气体质点发生的电离。 条件：光子能量不小于气体的电离能。 光电子：由光电离产生的自由电子。 光的来源： 气体本身的反激励或复合释放出的光子。 紫外射线一般不能直接导致光电离，但通过分级光电离（先激励、再电离）的方式也可实现电离。 外界自然光（紫外射线、伦琴射线、 射线、宇宙射 线等高能射线） ④ 热电离： 概念：由气体的热状态造成的电离称为热电离。 气体分子运动理论说明：气体的温度是其分子平均动能的度量。 特点：热电离不是一种独立的电离形式，而是包含着撞击电离和光电离，只是其电离能量来源于气体分子本身的热能。 电离机理： 温度↑→分子平均动能↑→ 撞击电离↑ 温度↑→热辐射出的光子数量↑ → 光电离↑ ⑤ 表面电离： 概念：由金属表面逸出电子的电离形式。 逸出功：从金属电极表面逸出电子所需要的能量。 电离形式： 二次发射：用有足够能量的质点撞击金属表面。 光电子发射：用短波光照射金属表面。 热电子发射：加热金属电极。 强场发射：在电极附近加强电场从电极拉出电子。 ⑥ 负离子： 形成：电子与中性气体分子（原子）碰撞，不但没电离出新电子，电子反而被分子吸附形成了负离子。 亲和能：一个中性分子（原子）与一个电子结合生成一价负离子所放出的能量。 作用：由于离子的电离能力比电子小很多，所以负离子的形成，对气体放电的发展起阻抑作用。 ⑦ 带电质点的产生： 电离形式：撞击电离、光电离、热电离、表面电离。 带电质点产生形式：四种电离形式、负离子。 2、气体中带电质点的消失： 气体中带电质点消失的方式有三种：中和、扩散、复合。 ① 中和： 带电质点在电场力作用下，宏观上沿电场作定向运动。带电质点受电场力作用而流入电极，中和电量。 由于电子质量和直径比离子小很多，加速情况和碰撞情况也大不相同，电子迁移率比离子大两个数量级。 ② 扩散： 扩散指质点从浓度较大的区域扩散到浓度较小的区域，从而使带电质点在空间各处浓度趋于平均的过程。 扩散是由杂乱的热运动造成的，与电场力无关，电子扩散速度比离子快。 ③ 复合： 带有异号电荷质点相遇，还原为中性质点的过程称为复合。 复合时，电离吸收的能量以光子形式放出。复