8 气体放电的基本理论
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放电特性(discharge characteristic)是指在切断供电电流后,二次场电位差(△U2)随放电时间(t)的变化关系:当充电一定时间后断电,二次场电位差(△U2)随时间缓慢衰减,开始较快,以后逐渐减慢,最后趋于零。
放电特性和极化体的物质成分、离子扩散等因素有关。
[1]气体放电英文名称:gas discharge 定义:气体中流通电流的各种形式的统称。
包括电晕放电、辉光放电、电弧放电、火花放电等。
所属学科:电力(气体放电一级学科);高电压技术(二级学科) :干燥气体通常是良好的绝缘体,但当气体中存在自由带电粒子时,它就变为电的导体。
这时如在气体中安置两个电极并加上电压,就有电流通过气体,这个现象称为气体放电。
干燥气体通常是良好的绝缘体,但当气体中存在自由带电粒子时,它就气体放电变为电的导体。
这时如在气体中安置两个电极并加上电压,就有电流通过气体,这个现象称为气体放电。
依气体压力、施加电压、电极形状、电源频率的不同,气体放电有多种多样的形式。
主要的形式有暗放电、辉光放电、电弧放电、电晕放电、火花放电、高频放电等。
20世纪70年代以来激光导引放电、电子束维持放电等新的放电形式,也日益受到人们的重视。
气体放电的基本物理过程气体放电总的过程由一些基本过程构成,这些基本过程是:激发、电离、消电离、迁移、扩散等。
基本过程的相互制约决定放电的具体形式和性状。
编辑本段激发现象荷能电子碰撞气体分子时,有时能导致原子外壳层电子由原来能级跃迁到较高能级。
这个现象,称为激发;被激发的原子,称为受激原子。
要激发一个原子,使其从能级为E1的状态跃迁到能级为E m的状态,就必须给予(E m-E1)的能量;这个能量所相应的电位差设为eV e,则有eVe=Em-E1电位V e称为激发电位。
实际上,即使电子能量等于或高于激发能量,碰撞未必都能引起激发,而是仅有一部分能引起激发。
引起激发的碰撞数与碰撞总数之比,称为碰撞几率。
浅谈气体放电理论及研究摘要:介绍了气体放电的基本理论和类型,列举气体放电实验的一些研究方法。
针对性地提出了气体放电的研究前景。
关键字:气体放电介质离子1.引言干燥气体通常是良好的绝缘体,但当气体中存在自由带电粒子时,它就变为电的导体。
这时如在气体中安置两个电极并加上电压,就有电流通过气体,这个现象称为气体放电。
依气体压力、施加电压、电极形状、电源频率的不同,气体放电有多种多样的形式。
主要的形式有暗放电、辉光放电、电弧放电、电晕放电、火花放电、高频放电等。
2.气体放电的基本理论气体放电的经典理论主要有汤森放电理论和流注放电理论等。
2.1 汤森放电理论1903年,为了解释低气压下的气体放电现象,汤森(j.s.townsend)提出了气体击穿理论,引入了三个系数来描述气体放电的机理,并给出了气体击穿判据。
汤森放电理论可以解释气体放电中的许多现象,如击穿电压与放电间距及气压之间的关系,二次电子发射的作用等。
但是汤森放电解释某些现象也有困难,如击穿形成的时延现象等;另外汤森放电理论没有考虑放电过程中空间电荷作用,而这一点对于放电的发展是非常重要的。
电子雪崩中的正离子随着放电的发展可以达到很高的密度,从而可以明显的引起电场的畸变,进而引起局部电子能量的加强,加剧电离。
2.2流注理论针对汤森放电理论的不足,1940年左右,h.raether及loeb、meek等人提出了流注(streamer)击穿理论,从而弥补了汤森放电理论中的一些缺陷,能有效地解释高气压下,如大气压下的气体放电现象,使得放电理论得到进一步的完善。
近年来,随着新的气体放电工业应用的不断涌现及实验观测技术的进一步发展,将放电理论与非线性动力学相结合,利用非线性动力学的方法来研究气体放电中的各种现象成为气体放电研究中的重要内容。
3.气体放电的基本类型气体在不同的条件下,在物理特性方面也有一些差异,这就导致了气体在不同压强,电压等条件下存在不同的放电类型。
气体放电理论1)简要论述汤逊放电理论。
当外施电压足够高时,一个电子从阴极出发向阳极运动,由于碰撞游离形成电子崩,则到达阳极并进入阳极的电子数为eas个(α为一个电子在电场作用下移动单位行程所发生的碰撞游离数;s为间隙距离)。
因碰撞游离而产生的新的电子数或正离子数为(eas-1)个。
这些正离子在电场作用下向阴极运动,并撞击阴极.若1个正离子撞击阴极能从阴极表面释放r个(r 为正离子的表面游离系数)有效电子,则(eas-1)个正离子撞击阴极表面时,至少能从阴极表面释放出一个有效电子,以弥补原来那个产生电子崩并进入阳极的电子,则放电达到自持放电。
即汤逊理论的自持放电条件可表达为r(eas-1)=1。
2)为什么棒-板间隙中棒为正极性时电晕起始电压比负极性时略高?(1)当棒具有正极性时,间隙中出现的电子向棒运动,进入强电场区,开始引起电离现象而形成电子崩。
随着电压的逐渐上升,到放电达到自持、爆发电晕之前,在间隙中形成相当多的电子崩。
当电子崩达到棒极后,其中的电子就进入棒极,而正离子仍留在空间,相对来说缓慢地向板极移动。
于是在棒极附近,积聚起正空间电荷,从而减少了紧贴棒极附近的电场,而略为加强了外部空间的电场。
这样,棒极附近的电场被削弱,难以造成流柱,这就使得自持放电也即电晕放电难以形成。
(2)当棒具有负极性时,阴极表面形成的电子立即进入强电场区,造成电子崩。
当电子崩中的电子离开强电场区后,电子就不再能引起电离,而以越来越慢的速度向阳极运动。
一部份电子直接消失于阳极,其余的可为氧原子所吸附形成负离子。
电子崩中的正离子逐渐向棒极运动而消失于棒极,但由于其运动速度较慢,所以在棒极附近总是存在着正空间电荷。
结果在棒极附近出现了比较集中的正空间电荷,而在其后则是非常分散的负空间电荷。
负空间电荷由于浓度小,对外电场的影响不大,而正空间电荷将使电场畸变。
棒极附近的电场得到增强,因而自持放电条件易于得到满足、易于转入流柱而形成电晕放电。
气体放电的基本原理与应用探究气体放电是一种电现象,其起源是气体分子在电场作用下受到激发和电离。
气体放电现象广泛存在于生产、生活、研究等各个领域。
气体放电被广泛应用于灯泡、电视、医学、工业、航空航天等领域。
本文分别从基本原理和应用两个方面进行探究。
一、气体放电的基本原理气体放电是一种特殊的电现象,它是由于气体分子在电场作用下获得能量后发生电离并形成电流的现象。
气体放电有多种类型,如直流气体放电、交流气体放电、脉冲气体放电、空间气体放电等,其中最常见的是直流气体放电。
1、电离气体放电的前提是气体分子电离。
当气体分子获得足够的能量时,就可能发生电离现象,电子从原子或分子中被剥离出来。
电子是一种负电荷的微粒子,被剥离出来后,就可以在气体中自由运动。
气体分子的电离有两种情况:一种是电子从气体分子中脱离,成为带负电荷的自由电子;另一种是气体分子失去部分电子,变成带正电荷的离子。
2、电场作用当在气体中建立电场时,电荷在电场力的作用下就会受到约束向某个方向运动。
在气体中,由于带正电的离子和带负电的电子的数量相等,因此,它们会受到电场的作用而向着相反的方向运动。
这时,正负电荷的运动方向相反,就形成了电流。
3、电晕放电电晕放电是一种特殊的气体放电现象,是指在不产生弧光的情况下,通过高电压和低电流将气体电离所产生的电子和离子加速,使它们具有足够的能量发生反弹,并再次与气体分子碰撞,从而使气体分子产生有效的激发电离。
电晕放电主要发生在电极表面上,其放电特性与电极形状、电场强度、气体种类和压力等因素有关。
二、气体放电的应用气体放电由于其稳定、可控、便捷等特点,已经被广泛应用于医学、工业、冶金、生产等众多领域。
1、灯具气体放电在灯泡的制造中得到广泛的应用。
最常见的一种是荧光灯,它采用高压电场使稀薄的气体放电发光,以此来发出明亮的光线。
其他的一些小灯泡也是用气体放电来制造的。
2、宇航技术气体放电不仅在地球上使用得很广泛,在宇航技术中也有广泛的应用。