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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;激励能:激励所需能量叫激励能 ,其值等于两轨道能级之差。;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。;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。;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:;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。;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。;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。复合由电场力作用,电子快,所以复合几率小,总是先变成负离子再复合。;1、概述:
① 电子崩:
当外加电场强度足够大时,带电粒子两次碰撞间积聚的动能足够发生碰撞电离。电离出来的电子和离子在 场强作用下又加入新的撞击电离,电离过程像雪???一样增长起来,称为电子崩。;② 非自持放电:
当场强较小时,电子崩有赖于外界因素,外界因素消失,电子崩也消失。
③ 自持放电:
当外加场强足够大时,电子崩不依赖外界因素,外界因素消失后,电子崩仍能够保持。;⑤ 放电形式:
均匀电场:
不均匀电场:;2、汤森德气体放电理论:
① 三个因素(系数):;② 三个过程:;③ 帕邢曲线:;④ 汤森德气体放电理论的不足:
理论无法解释的试验现象:
放电路径为曲折细通道,形式为间歇、分段发展的;
击穿电压与阴极材料几乎无关;
放电时间比理论计算时间短。
原因:
电子崩造成的大量空间电荷导致电场畸变;
电离加剧导致光子数量剧增,空间光电离加剧;;3、流注放电理论(较均匀电场):
① 空间电荷浓度:
自由电子移动速度快,一起向阳极移动,浓度大;
正离子移动速度慢,缓慢向阴极移动,浓度小。;② 合成电场畸变:
崩头前面的电场则被强烈加强;
崩尾电场也被加强了;
崩内正负空间电荷混杂处的电场被大大减弱。;③ 流注的形成:
电子崩头部接近阳极;
崩头和崩尾处电场增强,激励和反激励放射出大量光子;崩中复合也放射出光子;
一些光子射到崩尾,造成空间光电离,形成衍生(二次)电子崩;
衍生电子崩头部移动速度快,与主崩汇合;
新的衍生电子崩在崩尾出现,一个一个向阴极发展,形成正流注。;④ 气隙的击穿:
流注通道发展到阴极;
该区域发生强烈电离,带电离子的碰撞和移动大大提升了通道的温度,导致热电离;
整个流注通道转化为火花通道,气隙的击穿完成。
⑤ 负流注的发展速度比正流注慢。
⑥ 概念:;⑦ 均匀电场形成流注就能自持发展,直至击穿。
⑧ 流注理论条件:;2.3 电晕放电;电晕产生条件:极间距离对起晕电极表面最小曲率半径的比值大于一定值。;2、电晕放电的物理过程和效应:
① 物理过程(尖板试验):
负电晕(尖极为负极性):; 正电晕(尖极为正极性):
正离子移动速度慢→脉冲不规律
② 电晕的效应:
有声、光、热等效应,表现为发出“咝咝”的声音,蓝色的晕光以及使周围气体温度升高等。
产生人可听到的噪声,对人生理、心理产生影响。
形成“电风”导致电力设备的振动和摆动。
产生高频脉冲电流,对无线电干扰。
产生能量损耗。
产生某些化学反应,加速绝缘老化。;2.4 不均匀电场气隙的击穿;2、长间隙的击穿(电弧击穿):
① 先导过程:
② 长短间隙击穿的区别:
长间隙:炽热的导电通道在放电过程中建立,需要的平均场强小。
短间隙:炽热的导电通道在放电过程后建
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