气体电介质的击穿特性演示文稿
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气体介质的击穿现象气体介质的击穿现象是指在一定电压条件下,气体中产生了电击穿现象。
电击穿是指在高电场强度作用下,气体中原本绝缘的状态被突破,导致气体成为导电状态。
本文将从气体击穿的定义、机理、影响因素和应用等方面进行详细论述,并探讨当前相关研究和趋势。
一、气体击穿的定义气体击穿是指当电压达到一定临界值时,气体中的原子或分子被电场加速并与其他粒子碰撞,导致气体发生电离现象,产生局部的导电通道。
这个电离过程可以是从阴极向阳极的电子流(电子击穿)或者从阳极向阴极的离子流(离子击穿)。
二、气体击穿的机理气体击穿是由复杂的物理和化学过程导致的,其机理主要包括以下几个方面:1. 离子化机制:电场加速下,气体中的原子或分子产生离子化,形成自由电子和离子。
2. 碰撞机制:离子与原子、分子碰撞后产生电离级联形成更多的离子和自由电子。
3. 电子减速机制:自由电子与气体分子碰撞后产生电子减速,使其能量转移给其他分子。
4. 穿透机制:产生的离子和自由电子在电场作用下穿越气体并形成导电通道。
三、气体击穿的影响因素气体击穿现象受到多种因素的影响,主要包括以下几个方面:1. 电场强度:电场强度越高,气体击穿越早。
2. 气体性质:不同气体具有不同的击穿电压和击穿场强度。
例如,质子型气体(氢气、氦气)的击穿电压要比电子型气体(氮气、氧气)低。
3. 气体压力:气体的击穿电压随着压力的增加而降低。
当气体压力较低时,击穿电压较高。
4. 温度:温度对气体击穿电压的影响与气体性质有关。
一般情况下,温度越高,击穿电压越低。
四、气体击穿的应用气体击穿现象在科学研究和工程应用中具有重要作用,主要应用于以下领域:1. 电力系统:用于判断电力设备(变压器、绝缘子、电缆等)的耐压性能,以保证电力系统的安全运行。
2. 气体放电灯:例如氖灯、气体放电显示器等,利用气体击穿的特性来产生光电效应。
3. 气体保护:在工业生产过程中,气体击穿可用于保护设备和人员的安全,如气体绝缘断路器等。
第5章电介质的击穿气体电介质的击穿液体电介质的击穿固体电介质的击穿¾电介质的击穿介质发生击穿时,通过介质的电流剧烈地增加,通常以介质伏安特性斜率趋向于∞(即dI/dU=∞)——击穿发生的标志。
¾击穿电压¾击穿场强:电介质的击穿场强是电介质的基本电性能之一,它决定了电介质在电场作用下保持绝缘性能的极限能力。
5.1 气体电介质的击穿¾正常气体中的载流子(离子和电子)在外电场作用下迁移,形成电流电流随电压增加而增加电离产生的载流子来不及复合,全部到达电极气体中出现碰撞电离,载流子浓度增大,电流不再保持恒定而迅速上升载流子数剧增,气体中的电流无限增大(dI/dU→∞)——丧失绝缘性能。
气体击穿(气体放电):气体由绝缘状态变为良导电状态的过程。
击穿场强:均匀电场中击穿电压与气体间隙距离之比.击穿场强反映了气体耐受电场作用的能力,即气体的电气强度。
平均击穿场强:不均匀电场中击穿电压与间隙距离之比称¾气体发生击穿时除电流剧增外,通常还伴随有发光及发热等现象。
5.1.1 均匀电场中气体击穿的理论1.气体击穿的汤逊(Townsend)理论电子崩形成过程(电子倍增过程)(1)电子崩与电流倍增外界电离因子在阴极附近产生了一个初始电子,如果空间电场强度足够大,该电子在向阳极运动时就会引起碰撞电离,产生一个新的电子,初始电子和新电子继续向阳极运动,又会引起新的碰撞电离,产生更多的电子。
α如电离系数为,则从阴极出发的一个电子,行经单位距离后增加为2α个电子。
类似雪崩似地发展,这种急剧增大的空间电子流被称为电子崩。
电子崩模型右图所示,在电子崩发展过程中,崩头最前面集中着电子,其后直到崩尾是正离子。
在强电场中出现电子崩α的过程称为过程。
这样的放电依赖于外界条件的,也称为非自持放电.(2)气体的自持放电实验发现,当气隙不太宽时,放电与电极材料有关,因而导致考虑γ过程的作用,由γ过程和过程一起来决定气隙中的电流。