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第二章　气体放电的物理过程 本章节教学内容要求： 气体分子的激发与游离，带电质点的产生与消失 汤森德气体放电理论：电子崩的形成，自持放电的条件，帕邢定律。 流注理论：长间隙击穿的放电机理，极性效应，先导放电，雷云放电及电晕。 必要说明：1）常用高压工程术语 击穿：在电场的作用下，由电介质组成的绝缘间隙丧失绝缘性能，形成导电通道。 闪络：沿固体介质表面的气体放电（亦称沿面放电） 电晕：由于电场不均匀，在电极附近发生的局部放电。 击穿电压（放电电压）Ｕb（ｋＶ）：使绝缘击穿的最低临界电压。 击穿场强（抗电强度，绝缘强度）Ｅb（ｋＶ／ｃｍ）：发生击穿时在绝缘中的最小平均电场强度。　Ｅｂ ＝Ｕｂ／Ｓ（Ｓ：极间距离） 一般在常压大气中，Ｅｂ＝３０ｋＶ／ｃｍ，当Ｓ较小为ｃｍ且电场为均匀分布时； Ｅｂ＝５００ｋＶ／ｍ，当Ｓ较大接近ｍ时。 放电：（狭义与广义）气体绝缘的击穿过程。 辉光放电：当气体压力低，电源容量小时，放电表现为充满整个气体间隙两电极之间的空间辉光，这种放电形式称为辉光放电。 火花放电：在大气压力或更高的压力下，电源容量不大时变现出来的放电。主要表现为：从一电极向对面电极伸展的火花而不是充满整个空间。火花放电常常会瞬时熄灭，接着有突然出现。 电晕放电：在不均匀电场中，曲率半径很小的电极附近会出现紫兰色的放电晕光，并发出“兹兹”的可闻噪声，此种现象称为电晕放电。如不提高电压，则这种放电就局限在很小的范围里，间隙中的大部分气体尚未失去绝缘性能。电晕放电的电流很小 电弧放电：在大气压力下，当电源容量足够大时，气体发生火花放电之后，便立即发展到对面电极，出现非常明亮的连续电弧，此称为电弧放放电。电弧放电时间长，甚至外加电压降到比起始电压低时电弧依然还能维持。电弧放电电流大，电弧温度高。 电气设备常常以一个标准大气压作为绝缘的情况，这是可能发生的是电晕放电，火花放电或者是电弧放电。 2）常见电场的结构 均匀场： 板－板　 稍不均匀场： 球－球 　极不均匀场：（分对称与不对称） 棒－棒 对称场 棒－板　　 不对称场 线－线 对称场 §２－１气体中带电质点的产生和消失 一．带电粒子的产生（电离过程） 气体中出现带电粒子，才可在电场作用下发展成各种气体放电现象，其来源有两个：一是气体分子本身发生电离，二气体中的固体或液体金属发生表面电离。 激励能：一个原子的外层电子跃迁到较远的轨道上去的现象称为激励，其值为两个能级之间的差值。 电离能：当外界加入的能量很大，使电子具有的能量超过最远轨道的能量时，电子就会变成自由电子，使得一个中性原子变成一个自由电子和一个带正电的离子，这个过程称为电离，达到电离所需要的最小能量称为电离能。 ㈠　碰撞电离 　 定义：气体介质中粒子相撞，撞击粒子传给被撞粒子能量，使其电离 。在放电形成时期主要取决于电子与气体分子的撞击. 条件： ⑴　撞击粒子的总能量＞被撞粒子的电离能 能量包括动能与位能 无电场时，动能小 有电场作用时，带电粒子在电场方向加速，但离子体积大，易碰撞损失动能，所以电场中造成碰撞电离的主要因素是电子。 ⑵　一定的相互作用的时间和条件 通过复杂的电磁力的相互作用达到两粒子间能量转换 主要影响因素有： 电场强度（外加电压及间隙距离），空气密度，气体分子性质等 ㈡ 光电离 定义：在光照射下，将光子能量传给粒子，游离出自由电子。由光电离而产生的自由电子亦称为光电子 。光电离在气体放电中很重要 。 　　必要条件：光子的能量大于气体粒子的电离能 　　光子来源：紫外线、伦琴射线、γ射线、宇宙射线 气体本身反激励，异号粒子复合也产生光子 ㈢ 热电离 定义：气体的热状态造成的电离，实质仍是碰撞电离和光电离（热辐射产生的光子能量大且数目多），能量来自气体分子的热能。 1000K数量级 　　　　Ｔ↑→分子动能↑→碰撞电离 　　　　Ｔ↑→热辐射光子的能量、数量↑→光电离 　　　　热电离是热状态下碰撞电离和光电离的综合 　　　　高温时，气体分子分解或化合，电离能将改变 ㈣ 表面电离 气体中的电子也可从金属电极表面游离出来。游离需要能量，称逸出功，一般小于气体的电离能，表面电离在气体放电过程中有重要的作用。 　　获得逸出功的途径： ⑴　热电子发射：金属电极加热，分子动能 ⑵　强场发射：电极加上强电场 ⑶　二次电子发射：高能量粒子撞击金属电极表面 （正离子撞击阴极） ⑷　光电子发射：短波光照射金属表面 ㈤ 负离子的形成 中性分子或原