x = d处 n = exp = ∫ α dx e 0 d αd 若初始为n0个电子,则产生电子数为 n = n0 e αd ∆n 新增电子数为= n0 (eα d − 1) 则电流为 I = I 0 eα d I 0 = n0 qe 从阴极电离出的电子数 γ (eαd − 1) 为什么高气压和高真空(低气压)下,不易发 生气体放电现象? 1、极不均匀电场击穿的特点 a 、显著的极性效应:施加电压的极性对放电过 程和击穿电压影响很大 b 、较长的放电时延:需要足够的发展时间(电 压要持续一定时间才可击穿) c、短间隙、长间隙、超长间隙各不相同 d 、可能出现各种放电形式:电晕、刷状、火花、 弧光放电等 电场不均匀系数 f f<2时,稍不均匀电场 f>4时,极不均匀电场 扩散
带电粒子的扩散和气体分子的扩散一样,都是由于热 运动造成,带电粒子的扩散规律和气体的扩散规律也 是相似的 气体中带电粒子的扩散和气体状态有关,气体压力越 高或者温度越低,扩散过程也就越弱 电子的质量远小于离子,所以电子的热运动速度很高 ,它在热运动中受到的碰撞也较少,因此,电子的扩 散过程比离子的要强得多 BP − − U 1 1 i λ E ≥ x e e APe α = = = i E λ λ x − P( x) = e λ λ = kT (1)场强很大,碰撞电离系数 α 很大; π r 2 P (2)压强很大,碰撞电离系数 α 很小; (3)压强很小,碰撞电离系数 α 很小; xi Ui − Eλ 二、气体放电过程的电子崩理论 在外电离因素作用下,从阴极产生的第一个起始电子, 从电场获得一定动能后,会碰撞电离出一个第二代电子,这 两个电子作为新的第一代电子,又将电离出新的第二代电子, 这时空间已存在四个自由电子,这样一代一代不断增加的过 程,会使带电质点迅速增加,如同冰山上发生雪崩一样。这 一剧增的电子流称为电子崩。 为什么高气压和高真空(低气压)下,不易发 生气体放电现象? 五、气体放电的流注理论 气体击穿的两个基本理论: 汤姆逊理论:适合低气压、短间隙 流注理论:高气压、长间隙 高电压技术 - + (1)空间电荷对电场的畸变 电子崩前方和尾部处的电场增 强,中间部分场强小 在中间部分场强小的区域,离 子和电子的浓度最大,有利于 复合,产生光子;光辐射又会 引发新的电离。 电磁波谱 1:X射线;2:紫外线;3:可见光;4:红外线;5:微波;6:无线电波 电离形式二:热电离 包括: 一切因气体热状态引起的电离过程称为热电离。 随着温度升高气体分子动能增加引起的碰撞电离; 高温下高能热辐射光子引起的光电离。 电离形式三:碰撞电离 在电场作用下,电子被加速而获得动能。当电 子的动能满足如下条件时,将引起碰撞电离: 体间隙的击穿电压 了解气体击穿电压与电场分布、电压种类、气 体状态的关系 电气设备中常用气体作为绝缘介质:空气、 SF6 及其混合气体 一、带电粒子的产生、运动与消失 气体放电过程: 在电场作用下,气隙中带电粒子 的形成和运动过程。 问题的提出: 1、气隙中带电粒子是如何形成的? 2、气隙中的导电通道是如何形成的? 3、气隙中导电通道形成后是如何维持持续放电的? 自持放电的汤姆逊理论 电子崩 α过程) ( + 阴极发射 ( γ 过程) Thomson理论的实质:电子碰撞电离是气体放电的主要 原因,二次电子来源于正离子撞击阴极表面,使阴极表 面溢出电子,溢出电子是维持气体放电的必要条件。 小结:放电的发展过程 均匀电场:任意位置的自持放电将迅速引起气 体间隙击穿,放电的起始电压U0为击穿电压; γ 巴申(Paschen)定律 U 0 / kV 50 30 20 10 5 3 2 1 氢 氦 0.3 0.2 0.1 0.1 0.2 0.3 0.5 1 2 3 5 10 20 30 50 100 300 1000 空气 SF6 pd /( Pa ⋅ cm) 0.5 pd / 133. 3 P a ⋅ cm a、正离子碰撞阴极 正离子碰撞阴极时使电子逸出金属(传递 的能量要大于逸出功)。逸出的电子有一个和 正离子结合成为原子,其余的成为自由电子。 因此正离子必须碰撞出一个以上电子时才能出 现自由电子。 b、光电效应 金属表面受到光的照射,当光子的能量大 于逸出功时,金属表面放射出电子。 电离形式四:金属(阴极)的表面电离(续) c、强场放射(冷放射) 当阴极附近所加外电场足够强时,使阴 极放射出电子 d、热电子放射 当阴极被加热到很高温度时,其中的电子 获得巨大动能,逸出金属。 出现流注条件:起始电子崩头部电荷数量足以 畸变电场造成足够的空间光电离 eα d = const. 工程上一般认为: αd = 20 e αd ≈ 10 8 流注理论可以解释:高气压、长间隙下,放电并不 充满整个电极空间的现象,而是细窄的树枝通道; 放电时间很小;击穿电压与阴极材料无关。 流注理论的局限:当Pd较小时。此时,不产生流注, 只能使用汤姆逊理论自持放电。 γ ( eα d − 1) = 1 (二次电子数) 自持放电的起始电压U0 均匀场:二者相等 击穿场强(电压) 非均匀场:二者不等 三、自持放电条件 气体放电的主要形式 辉光放电:整个空间发光,电流密度小;低气 压、电源功率小;霓虹灯 火花放电:有收细的发光放电通道、贯穿两 极的断续的明亮火花;大气压下、电源功率小 电晕放电:紧贴尖电极周围有一层晕光;极 不均匀场 气体放电的主要形式