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大学物理实验研究报告实验名称：低压气体直流放点击穿特性院系：化工与环境生命学部班级:化机1201姓名：代钰莹学号：201242067摘要通过低气压直流辉光放电发生装置，研究了氩气的气压与击穿电压的关系，在放电极板间隙及极板材质不变的情况下，得到了氩气的帕邢曲线，给出了氩气的最小击穿电压和最佳击穿条件.关键词：汤森击穿判据、帕邢定律、放电击穿、击穿电压、直流辉光放电。一、实验原理与内容实验原理简述帕邢定律是表征均匀电场气体间隙击穿电压、间隙距离和气压间关系的定律。1889年由帕邢根据平行平板电极的间隙击穿试验结果得出。帕邢定律的公式为：，式中A和B在一定E/P范围内是常数。γ为离子撞击阴极时所发生的电子发射的过程系数。帕邢曲线是根据帕邢定律的函数表达式所绘制的曲线，表达的物理意义为：击穿电压U是电极距离d和气压P乘积的函数。帕邢定律在一定Pd范围有效。气压过高或过高真空中，帕邢定律不适用。帕邢曲线的主要特点是：提高气压或是降低气压到真空都能提高间隙击穿电压，这概念在实际应用中是有意义的。曲线在特定的Pd值时，有最小的击穿电压。实验内容实现低气压气体直流击穿过程。测量氩气的帕邢曲线。?理解汤森击穿理论，掌握帕邢曲线的物理意义，认识帕邢曲线的普遍性。二、实验仪器及设备直流辉光等离子体实验装置?该装置是一台辉光放电综合实验装置，可以完成4项实验项目。因此在实验前面板上设有“工作选择”开关，本次实验内容应设定在“击穿电压测量”一档。该装置有四个功能部分构成：?（1）放电管：用于实现氩气的击穿和放电。?（2）放电电源：可以提供0-1000V?的可调电压输出，为放电管提供电场。?（3）氩气的送气与调节系统，以及气压测量。?（4）基于二极管导通特性的击穿电压测量系统。此外，为了保持放电管的温度恒定，必须对放电电极实施冷却，装置还附带了循环水冷却系统。三、实验方法与步骤1、实验方法?（1）测量氩气在电极间隙为4-8cm，气压在4-100Pa范围内的击穿电压数据。?（2）绘制氩气的帕邢曲线，找出最小击穿电压和最佳击穿条件。?2、实验步骤?（1）测量两电极之间的实际间距。?（2）检查放电管与电源之间的电路连接是否可靠；电压调节旋扭是否最小位置；气体流量调节旋扭是否最小位置。?（3）打开电源开关；开启循环水泵，检查循环水是否正常。?（4）打开真空计开关。（5）开启机械泵，抽真空至2-3Pa，大约需要15分钟。?（6）调节减压阀，使得流量计前气压在0-1大气压之间（指导教师准备）。?（7）调节流量计的通气流量，至放电管内气压为20Pa。?（8）试验仪的功能选择开关调至《击穿电压》测量档。?（9）打开高压电源开关。?（10）调节电源的电压输出，可以快速增至200V，然后继续缓慢升高电压，直至气体发生击穿现象。读取击穿时的电压。记录气压和电压的数值。然后，把电压降至0V以下，为下一次测量做好准备。在减小电压的过程中注意观察放电熄灭电压，并注意其与击穿电压的差别。?注意：增加电压的过程中，密切观察放电管电压表头和击穿电压表头的示数。每个气压下，至少要重复3次测量，以三次击穿电压测量值之间的偏差不大于15%为成功测量，以得到可靠击穿电压。③在气压较高时，击穿前后，放电管的电压会有明显下降。接近击穿时的放电管电压为气体击穿电压。?（11）增加气体流量，使气压升高至30Pa左右,重复（10）的测量。?（12）依次增加气体流量，每次增加10Pa左右，重复（10）。直至气压达到100Pa。得到8组实验数据即可。?（13）减小气压回复至20Pa左右，重复（10）。?（14）依次减小气压，每隔2Pa测量一组数据，直至4Pa。测得7-8组数据即可。（15）实验完毕后，调节气体流量控制旋钮至最小位置，调节电压至最小值，依次关闭电压、机械泵、冷却水，电源开关。实验数据与分析d=5.0cm20Pa-100Pa时击穿电压与数据对应记录表气压/Pa2031415060718090100击穿电压U/V300350367392431451489522562307348368401429454486522561301354368400426452488521559U平均值/V302.6350.6367.7397.7428.7452.3487.7521.7560.7Pd值/(Pa*cm)100155205250300355400450500由数据可以看出，气压大于20Pa时击穿电压U随Pd的升高而升高。20Pa-4Pa时击穿电压与数据对应记录表气压/Pa2017161412107.65.8击穿电压U/V292287281283291304308309292286280285288307306311296283279284290305303307U平均值/V293.3285.328028428