电解质物理第五章.pdf

第五章 电介质的击穿 §5-1 气体电介质的击穿（气体放电） §5-2 液体电介质的击穿 §5-3 固体电介质的击穿 §5-4 局部放电 电介质的击穿：在强电场下，电流密度按指数规律随电场强度提高而 增大，当电场进一步增强到某个临界值时，电介质的电导突然剧增， 电介质由绝缘状态变为导电状态，这一跃变现象称为电介质的击穿。 dI 发生击穿的标志： →∞ dU αd j j 0e 发生击穿时的临界电压称电介 质的击穿电压，用 U 表示； B j γE j s 相应的电场强度称击穿场强， 用 EB 表示。它反映介质耐受 电场的能力，故又称电气强度。 任务：研究击穿机理，影响因素，不同介质的耐电强度等。 §5-1 气体电介质的击穿（气体放电） 气体放电有以下几种形式： 1）火化放电：电压增高到一定值时，气隙中突然发生明亮的火化，火化向 对面电极放出光束。当电源功率不大时，火花会瞬时熄灭，接着又突然 发生。这种放电发生在气压不太低时（常压），是高压放电实验中常见 的现象。 2）电弧放电：当电源功率足够大且外电路电阻较小时，气隙火化放电建立 后，立即发展到对面电极形成明亮的连续弧光。电弧温度极高。 3）辉光放电：发生在气压低（几十毫米汞柱）时，电极间出现均匀的、明 暗相间的几个辉光区。外电路的电流不大，电极温度也不高。 4）电晕放电：当电极曲率半径小时，电场很不均匀，放电是在电极尖端附 近出现暗蓝色微光并发出声音。如不提高电压，放电就局限在较小的范 围内。各种高压装置的导体尖端，常发生这种放电。 气体放电 中起主要作用的是游离电子，因为它质量 轻，易受电场加速而产生足够的能量去碰撞别的气体 分子，使之电离并放出电子，从而形成电子倍增效 应，由于剧烈碰撞，使气体放电区出现很多处于激发 态的分子、离子或原子，它们自发辐射回到基态时， 放出光子，因此，气体放电总体随着发光。 一、强电场下气体中载流子的产生 1. 原子的激发与电离 （1）激发： 基态原子：原子中电子位于离核最近的各能级轨道上，电 子具有最小能量，原子的势能也最低。 激发态原子：在外界因素作用下，原子中电子获得能量跃 迁到能量较高的能级轨道上去，这个过程称原子的激发， 该原子称激发态原子。 激发能：激励过程所需要的能量，称激发能 W (eV) e 激发过程：A ＋W = A*，A 、A *分别为基态和激发态原子。 e W 激发电势： φe e e 激发态是不稳定的，经历寿命为10－7~10 －8s 后，原子 将由激发态恢复到基态（或能级较低的状态）。激励能 将以辐射光子的形式释放出来： A * → A +hν （2 ）电离： 在外界电离因素作用下，原子中一个或几个电子获得足 够大的能量时，可以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。 电离能W ：电离过程所需要的能量。W 的单位为：