气体放电的基本物理过程2014.pptx

1 气体放电的基本物理过程2014 第2章 气体放电的基本物理过程 2.1 带电粒子的产生与消失 2.2 放电的电子崩阶段 2.3 自持放电条件 2.4 不均匀电场中放电的极性效应 2 第1页/共21页 2.1 带电粒子的产生与消失 气体中电子与正离子的产生 （1）热电离 （2）光电离 （3）碰撞电离 3 第2页/共21页 （4）分级电离 气体 电离能 激励能 N2 15.5 6.1 O2 12.5 7.9 CO2 13.7 10.0 SF6 15.6 6.8 H2O 12.7 7.6 潘宁效应，如下图，混合气体的击穿强度低于这两种气体各自的击穿强度。 4 第3页/共21页 电极表面的电子逸出 一些金属的逸出功 金属 逸出功 铝 1.8 银 3.1 铜 3.9 铁 3.9 氧化铜 5.3 （1）正离子撞击阴极 （2）光电子发射 （3）强场发射 （4）热电子发射 5 第4页/共21页 气体中负离子的形成 电子亲合能：可用来衡量原子捕获一个电子的难易，越大则越易形成负离子。 元素 电子亲合能（eV） 电负性值 F 3.45 4.0 Cl 3.61 3.0 Br 3.36 2.8 I 3.06 2.5 负离子的形成使自由电子数减少，因而对放电发展起抑制作用。 6 第5页/共21页 带电质点的消失 （1）带电质点的扩散 带电质点从浓度较大的区域向浓度较小的区域的移动，从而使浓度变得均匀的过程，称为带电质点的扩散 （2）带电质点的复合 带异号电荷的质点相遇，发生电荷的传递和中和而还原为中性质点的过程，称为复合。 7 第6页/共21页 2.2 放电的电子崩阶段 非自持放电和自持放电的不同特点 电流随外施电压的提高而增大，因为带电质点向电极运动的速度加快复合率减小 电流饱和，带电质点全部进入电极，电流仅取决于外电离因素的强弱（良好的绝缘状态） 电流开始增大，由于电子碰撞电离引起的 电流急剧上升放电过程进入了一个新的阶段（击穿） 外施电压小于U0时的放电是非自持放电。电压到达U0后，电流剧增，间隙中电离过程只靠外施电压已能维持，不再需要外电离因素。 8 第7页/共21页 电子崩的形成（BC段电流剧增原因） 9 第8页/共21页 影响碰撞电离的因素 10 第9页/共21页 2.3 自持放电条件 pd 值较小的情况（汤逊） （1）汤逊自持放电判据 （2）气体击穿的巴申定律 （3）气体密度对击穿的影响 11 第10页/共21页 pd 值较大的情况（流注） 原电场明显畸变 二次电子的主要来源是空间的光电离 （1）流注的形成条件 12 流注放电特点： 第11页/共21页 （2）流注自持放电条件（即形成流注的条件） 汤逊放电理论与流注放电理论的比较： 流注理论可以解释汤逊理论无法说明的pd值大时的放电现象。 两种理论各适用于一定条件的放电过程，不能用一种理论取代另一种理论。 13 第12页/共21页 2.4 不均匀电场中气体放电的特点 稍不均匀电场和极不均匀电场的不同特点 放电具有稍不均匀场间隙的特点击穿电压与电晕起始电压相同 放电具有极不均匀场间隙的特点电晕起始电压明显低于击穿电压 放电过程不稳定，分散 属于过渡区 14 第13页/共21页 极不均匀电场中的电晕放电 （1）电晕放电的起始场强 δ是气体相对密度；m1表面粗糙度系数，理想光滑导线取1，绞线； 好天气时m2=1，坏天气时m2可按估算。 15 第14页/共21页 （2）电晕放电的危害与对策 16 第15页/共21页 （2）电晕放电的利用 在某些情况下可以利用电晕放电产生的空间电荷来改善极不均匀场的电场分布，以提高击穿电压。 17 第16页/共21页 不均匀电场中放电的极性效应 负极性棒－板间隙的电晕起始电压比正极性棒－板电极低 负极性棒－板间隙击穿电压比正极性棒－板电极高 18 第17页/共21页 2.5 放电等离子体 等离子体：带正电荷粒子和带负电荷粒子几乎等量混合，整体呈电中性的一种集合体。 等离子体的分类： （1）等温等离子体：电子温度与离子温度、气体温度相等时的等离子体称为等温等离子体。 （2）不等温等离子体：电子温度与离子温度、气体温度不相等时的等离子体称为不等温等离子体。 19 第18页/共21页 2.5 放电等离子体 等离子体的术语： （1）缓和时间 （2）德拜半径 （3）电子等离子体振动 （4）磁场中等离子体粒子 （5）电导率 20 第19页/共21页 2.5 放电等离子体 平衡等离子体：等温等离子体中离子、电子