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气体放电的主要形式 - 用电常识一、气体放电的主要形式①气体放电：气体中流通电流的各种形式统称为~。
空气中有来自空闪的辐射，有少量带电质点500—1000对/cm3，少，电导差—绝缘体。
②击穿：间障电压肯定值后，间嘹电流剧增，失去绝缘力量，绝缘状态变为导电状态的变化称~。
③放电形式：气压、电流功率、电场分布不同，放电形式不同。
辉光放电：布满整个电极空间，电流密度小，1mA/cm2~5mA/cm2，整个间隙仍呈上升的伏安特性—绝缘状态电晕放电：高场强电极四周消灭发光的薄层，间隙仍处于绝缘状态。
刷状放电：由电晕电极伸出的光明面细的断续的放电通道，电流增大，仍未击穿。
火花放电：贯穿两电极的光明而细的断续的放电通道，间隙由一次次火花放电间歇地击穿。
电弧放电：光明面电导很大，持续贯穿两电极的细放电通道间隙完全击穿，持续短路状态。
二、带电质点的产生1.电极空间带内质点的产生（1）碰撞电离电场E作用下，质量m，电荷量带电质点被加速，沿电场方向行经X距离后获得肯定的能量，速度U动能动能超过分子电离能Wi，与气体分别碰撞，可能会使分子电离为正离子和电子，碰撞电离条件不肯定每次碰撞都引起电离，几率小。
碰撞过程的争辩自由行程：一个质点在每两次碰撞间自由通过的距离平均自由行程:表时：温度高，压力小的气体中带电质点的平均自由行程大，积累能量大，简洁造成电离。
常态 =10-5cm量级电子引起电离占主导．电子质量小，与气体分子发生弹性碰撞，几乎不损失动能，连续积累功能。
．离子—短，两次碰撞间获得的动能少（E给），碰撞损失动能，积累够电离质量可能性小。
（2）光电离——光辐射引起的气体分子电离。
光波能量：w=hf=bc/ w光波能量, h=6.62x10-34Js,普朗克常数，c光速，f光波，波长紫外线=300nm w=6.62-19J=4.14eV光辐射 hc/≥Wi Wi电离能，有可能引起光电离引起光电离的临界波长o=hc/Wi 小于o电离（3）热电离——因所气体热状态引起的电离本质：仍是高速运动的气体分子的碰撞电离和光电离，不过其能量来源于热能，而非电场。
气体放电气体在正常状态下是良好的绝缘介质．但在电压的作用下，也会形成微弱的电流；气体在外加电压作用下产生导通电流的现象称为气体放电。
当加于气体上的电压达到一定数值时，通过气体的电流会突然剧增，气体失去绝缘的性能。
气体在外加电压作用下由绝缘状态转变为导电状态的过程称为击穿。
使气体击穿的最低电压称为击穿电压、气体发生击穿时，电导突增，并伴有光、声、热等现象。
通过实验观察，由于电源功率、电极形状、气体压力等的不同，气体放电现象存在以下几种主要形式： 1．辉光放电外加电压增加到一定值时，通过气体的电流明显增加，气体间隙整个空间突然出现发光现象，这种放电形式称为辉光放电。
辉光放电的电流密度较小，放电区域通常占据整个电极同的空间。
辉光放电是低气压下的放电形式，验电笔中的氖管、广告用霓虹灯管发光就是辉光放电的例子。
2．电晕放电对于电极很尖的极不均匀电场气隙，随外加电压的升高，在电极尖端附近会出现暗蓝色的晕光，并伴有咝咝声。
如电压不继续升高，放电就局限在这较小的菹围内，形成局部放电，称为电晕放电。
发生电晕放电时，气体间隙的大部分尚未丧失绝缘性能，放电电流很小。
电气设备带电的尖角和输电线路，在运行中时有发生这种电晕放电。
3．火花或电弧放电在气体间隙的两极，电压升高到一定值时，气体中突然产生明亮的树枝状放电火花，当电源功率不大时，这种树枝状火花会瞬时熄灭，接着又突然产生，这种现象称为火花放电；当电源功率足够大时，气体发生火花放电以后，树枝状放电火花立即发展至对面电极，出现非常明亮的连续弧光，形成电弧放电。
二、气体中带电质点的产生和消失我们已经知道，气体间隙在外加电压作用下会产生放电，甚至击穿，这说明气体中有大量带电质点产生；而气体间隙击穿后，若去掉外加电压，气体又能恢复到它原来的耐电强度，这说明气体中的带电质点会消失。
1．带电质点的产生气体原子由带正电荷的原子核和若干带负电荷的电子构成。
正常状态下，这些电子受原子核的吸引在各自的轨道上围绕原子核旋转，这时的气体原子是一个整体，呈中性，称为中性原子。
气体放电基础知识气体击穿理论气体介质是电力系统和电气设备中常用的绝缘介质。
如：空气、 CO2、 N2、SF6、混合气体等。
当电场强度达到一定数值后，气体会失去绝缘能力，从而造成事故。
为了能正确构成气体绝缘，就需要了解气体中的放电过程。
本章着重介绍气体击穿的一些理论分析，如：带电质点的产生、运动和消失的规律；气体击穿过程的发展等。
第一节气体放电主要形式什么是气体放电：气体中出现电流的各种形式统称为气体放电。
处于正常状态并隔绝各种外电离因素作用的气体是完全不导电的。
气体中存在少量带电质点（紫外线、宇宙射线作用，500-1000对/立方厘米正、负离子），在电场作用下，带电质点沿电场方向运动，形成电流，所以气体通常并不是理想绝缘介质。
由于带电质点极少，气体的电导也极小，仍为优良的绝缘体。
击穿：当提高气体间隙上的外施电压而达一定数值后，电流突然剧增，从而气体失去绝缘性能。
气体这种由绝缘状态突变为良导电态的过程，称为击穿。
沿面闪络：当击穿过程发生在气体与液体或气体与固体的交界面上时，称为沿面闪络。
击穿电压：气体击穿的最低临界电压称为击穿电压。
击穿场强：气体发生击穿时的电场强度称为击穿场强。
气体放电形式根据气体压力、电源功率、电极形状等因素的不同，击穿后气体放电可具有多种不同形式：1、辉光放电2、电弧放电3、火花放电4、电晕放电1、辉光放电当气体压力不大、电源功率很小（放电回路中串入很大阻抗）时，外施电压增到一定值后，回路中电流突增至明显数值，管内阴极和阳极间整个空间出现发光现象。
这种放电形式称为辉光放电。
辉光放电的特点：电流密度较小，放电区域通常占据整个空间；管端电压较高，不具有短路的特性。
注意：辉光放电仅发生在气压较低的情况下2、电弧放电随着外回路中的阻抗减小，电流增大。
当电流增大到一定值后，放电通道收细，且越来越明亮，管端电压则更加降低，说明通道的电导越来越大，这时的放电形式称为电弧放电。
电弧放电的特点：电流密度很大，管端电压很低，具有短路的特性。
第5篇 高电压与绝缘技术第35章 气体放电的基本物理过程35.1 气体中带电质点的产生与出现35.1.1 气体的电离原子在外界因素作用下，使其一个或几个电子脱离原子核的束缚而形成自由电子和正离子的过程称为原子的电离，它是气体放电的首要前提。
其所需要的能量成为电离能。
原子在外界因素作用下，其电子跃迁到能量较高的状态，所需的能量称为鼓励能，原子处于鼓励态e W 电离电位为i U ，C e 19106.1-⨯=；鼓励态恢复到正常状态时，辐射出相应能量的光子，光子的频率v h 普朗克常数ii eU hvW == 电离过程的表示：e A E A +→++为波尔茨曼常数k K J k W kT i /1038.12323-⨯=≥（热电离） 是普朗克常数光辐射波频率h v W hv i ,≥ （光辐射电离）度是碰撞质点的质量、速、v m W mv i ≥221（碰撞电离） 走过的距离为电子或离子在碰撞前x W eEx i ≥常温下的放电过程，碰撞电离是最重要的电离方式35.1.2 气体的分级电离气体的原子或分子在鼓励态（鼓励能为e W ）再获得能量而发生电离称为分级电离，这种情况下电离所需的能量仅为e i W W - 亚稳原子有很长的平均寿命（10-3 秒或更长）。
在混合气体中,当一种气体的亚稳原子同另一种气体的原子或分子碰撞时，即使它们的动能较低，只要前者的激发能大于后者的电离能，后者将被电离，前者则返回基态。
多余的能量就改变为电子的动能，或使离子激发。
这种过程,称彭宁电离,或称彭宁效应。
因为惰性气体的亚稳原子有较大的激发能，在含有惰性气体的混合气体放电中，彭宁电离比较有效。
彭宁效应还可以使放电管的点火电压降低。
从绝缘角度看，彭宁效应不利35.1.3 电极表面的电子逸出逸出功：金属的微观结构、金属表面状态（小于电离能）：①热电子发射②二次发射③强场发射④光电子发射35.1.4 带电质点的蔓延和复合带电粒子的蔓延带电粒子从浓度较大的区域运动到浓度较小的区域。
气体放电物理知识要点总结1．气体放电过程中一般存在六种基本粒子：电子，正离子，负离子，光子，基态原子（或分子），激发态原子（或分子）。
2．光子能量,其中为光的频率，h为普朗克常数。
3．原子能量由原子内部所有粒子共同决定，通常人们感兴趣的是原子最外层电子即价电子，因为气体放电过程主要是由最外层电子参加的。
原子通常处于稳定的能级，成为基态（基态能量E1），当价电子从外界获得额外能量时，它可以跳跃到更高能级，此时原子处于激发态（激发态能量E2），电子处于激发态的时间很短，然后会跃迁到基态或低激发态，并以光子形式释放出能量（）。
当电子获得的能量超过电离能时，电子就与原子完全脱离而成为自由电子，原子变为正离子。
4．正离子也可被电离，负离子是电子附着到某些原子或分子上而形成的。
负离子的能量等于原子或分子的基态能量加上电子的亲和能。
气体放电中的带电粒子是电子和各种离子（正离子和负离子）。
每种离子都将影响气体放电的电特性，电子的作用通常占主导地位。
5．波数等于波长的倒数，表示在真空中每厘米的波长个数。
即6. 原子所处的状态取决于其核外电子的运动状态，可用四个量子数来描述。
主量子数n(n=1,2,3…), 它是由电子轨道主轴的尺寸决定；轨道角量子数l，(l=0,1,2,3…n-1),它是由椭圆轨道的短轴和长轴之比决定。
轨道磁量子数m l,其取值范围为，它是由轨道相对于磁场的位置决定的；自旋磁量子数.7．在光谱中，将电子组态用规定的符号来标志，轨道角量子数用字母s,p,d,f等表示，相应的l值分别为0，1，2，3等。
电子组态所形成的原子态符号可以表示为第二章.气体放电的基本物理过程1．带电离子的产生方式：碰撞电离，光电离，热电离，金属表面电离2．电子与原子碰撞时，若碰撞不引起原子内部的变化，这种碰撞称为弹性碰撞，若电子能量足够大，电子与原子碰撞后，可引起原子内部发生变化，即引起原子的激发或电离，这种碰撞称为非弹性碰撞。
碰撞激发：若电子动能比原子的电离能小，但比原子激发能大，则电子与原子碰撞时，可使得原子激发。
碰撞电离：若电子动能比原子的电离能大很多，那么在非弹性碰撞之后，除了电子传递给原子一部分能量外，仍保留一部分动能，它以较低速度继续运动，并且原子被电离释放出一个电子。
分级电离：若被激发的原子再次与电子碰撞，那么电子的动能也可传递给激发态原子，使之电离。
光电离：当光子的能量大于原子的电离能时，它就会发生光电离。
热电离：对气体粒子体系加热，温度较高时，快速运动粒子的数目增大，这些高能运动粒子之间的相互作用可使它们的动能转化为它们的势能，于是气体粒子被激发或电离，即热激发或热电离。
3.电离度：电离气体中电子或离子的浓度与中性气体原子原来的浓度之比。
4.气体平均自由程：相继两次碰撞之间的平均距离。
平均自由程与气体的粒子数密度成反比，与碰撞截面成反比。
5.碰撞时的能量转移。
当弹性碰撞发生在电子与重粒子（原子或者离子）之间时，电子只给粒子很少一部分能量，而在非弹性碰撞中，电子与重粒子碰撞时可能交出全部能量，变为重粒子的势能，使重粒子激发或电离，而在重粒子之间碰撞时，重粒子只交出动能的一半来激发或者电离其它重粒子，其效率比电子低得多。
6.带电粒子在气体中的运动形式：（1）热运动（在无场空间里，与中性粒子的热运动相同），自由程反映粒子间的碰撞概率。
自由程分布函数n=n0exp(-x/ )，（2）扩散运动：由于气体分子空间浓度的不均匀而在浓度梯度作用下靠杂乱无章的热运动而导致的结果。
扩散系数表征粒子的流量速率与其浓度梯度之间的比例系数。
D=(3)带电粒子的漂移运动（在有电场的情况下发生）：离子的漂移运动，电子的漂移运动，带电粒子的双极性扩散运动7．迁移率：用单位强度电场作用下的粒子漂移速度来表征它的运动状态。
8.带电粒子的消失（或者复合）两种途径：空间复合或扩散到电极及器壁上再复合。
复合是电离的逆过程。
放电空间的复合主要是电子与正离子的复合，称为电子复合，正离子与负离子的复合，称为离子复合。
电子复合又包括辐射复合，离解复合和双电子的复合的两体过程及三体复合。
第三章气体放电等离子体概论1．物质存在的四种状态：固态，液态，气态，等离子体态。
2．在一定温度和压力下，物质的存在状态取决于构成物质的分子间力和无规则热运动这两种对立因素的相互作用。
或者说取决于分子间的结合能与其热运动的竞争。
3．等离子体定义：包含足够多的电荷数量近似相等的正，负带电粒子的物质聚集状态。
4.1928年朗缪尔等人引入等离子体概念，1879年克鲁克斯把放电管中物质的状态称为物质的第四态。
5。
组成等离子体的基本成分是：电子，离子和中性粒子。
等离子体在宏观上保持电中性。
6．等离子体特征：气体高度电离，等离子体内带正电荷带负电的粒子浓度近似相等，具有导体的特征，等离子体具有振荡特性；等离子体具有加热气体特征（高温）。
7．等离子体分类：按照电离度分，（1）低温等离子体（电离度小于0.01）（包含热等离子体（近局域热力学平衡），冷等离子体（非平衡），燃烧等离子体）；（2 ）高温等离子体（完全热平衡）（电离度大于0.01）。
非热力学平衡等离子体拥有高的电子能量及较低的离子及气体温度这一非平衡特性在工业上应用最广泛。
8．等离子体基本参量：等离子体粒子密度，等离子体温度，等离子体电离度9．等离子体基本长度：德拜屏蔽长度是等离子体物理中具有决定意义的长度20ne kT eD ελ=，它是等离子体具有电中性的空间尺度下限，10．电子走完一个振幅（等于德拜长度）所需的时间可看做等离子体存在的时间下限e e Dp m kT /λτ=11．等离子体鞘层：当等离子体与容器或电极，探针等固体表面接触时，表现出与普通气体截然不同的性质，在两者之间形成一层负电位的过度区域，它把等离子体包围起来，称为等离子体鞘层。
在鞘层内的粒子不具有电中性。
鞘层厚度具有德拜屏蔽长度的量级。
等离子体振荡: 若在等离子体的某一局部区域内，由于扰动，某瞬间出现正负电荷分离时，库仑力将使得其返回原状，但由于惯性，返回的粒子将越过平衡位置向相反方向偏离，此时静电恢复力再次起作用，从而形成等离子体内部带电粒子群的集体运动，即等离子体振荡。
电子的振荡频率远大于离子的振荡频率。
12．等离子体判据:（1）德拜长度远小于等离子体系统的特征长度L ；（2）以德拜长度为半径的球内包含的带电粒子数远大于1；（3）等离子体的频率大于电子和中性粒子的碰撞频率。
这表明电子不可能通过与中性粒子的碰撞来消耗振荡能量，以使等离子体振荡维持。
13．气体放电的相似性（略)第四章汤森放电与气体击穿1.低气压气体放电的伏安特性曲线：p63画出伏安特性曲线，并对每个区的特点进行分析说明2.什么是自持放电，非自持放电？3.1903年，汤森第一个提出气体击穿理论－－－－电子雪崩理论，并于1910年发表“击穿判据”等。
此理论开始用于非自持放电，自持暗放电及过渡区，后来罗果夫斯基修改和补充了该理论，扩展到辉光放电区。
4.电子崩的形成（电子雪崩或电子繁流）阴极电极表面由于光电离产生电子（种子电子）在电场作用下向阳极运动过程中动能增大，并与气体粒子发生碰撞电离，产生新电子，新电子向阳极运动也会使得气体电离，于是电子数量增多，带电粒子像雪崩式的增殖，即电子雪崩或电子繁流。
5.α系数—电子沿电场方向运动1cm平均发生的碰撞电离次数—电子崩过程（α过程）α称为电子碰撞电离系数（或电子对气体的体积电离系数）。
α与放电气体性质，气体压强及给定放电点的场强等有关。
电离系数依赖于气体压强和电场强度。
)/()/exp(P E f P E B A P =-=α6.γ系数（正离子的表面电离系数）—折合到每个碰撞阴极表面的正离子，使阴极金属平均释放出的自由电子数—离子崩达到阴极后引起阴极发射二次电子的过程（γ过程）。
γ与气体性质，电极材料和离子能量等有关。
7.汤逊理论的实质：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使阴极表面逸出电子，逸出电子是维持气体放电的必要条件。
所逸出的电子能否接替起始电子的作用是自持放电的判据。
适用范围：解释低气压、短气隙中的放电现象。
8.影响γ系数的因素：（1）气体的电离电位高，阴极的逸出功低，则γ值就大；（2）正离子的动能大小也直接影响γ值大小，因为正离子被阴极吸收后的动能将变为零，这些动能同样被转化为逸出电子的能量；（3）γ值的大小还与阴极表面附近的E/P 值有关。
9.正离子引起次级电子发射的能量主要来源于电离能。
10.自持放电条件可表达为:1)1(=-d e αγ11.击穿判据的物理意义 ：若最初从阴极逸出一个初始电子，设电子在加速同时不断碰撞电离，到达阳极时电子数目为d e α, 产生的离子数为(d e α-1)，这些正离子最终通过作用，产生二次电子，若二次电子数d e α-1≥1，这些二次电子就可作为种子等初始电子一样产生连续电流，从而使得放电持续进行。
即仅由电子α作用产生初始电子时，电流在一个脉冲后会终止。
但同时加上离子的γ作用，会不断从阴极补充种子电子使放电持续下去，此即自持放电含义。
12.帕邢定律：击穿电位的表达式为：))/11ln(/ln(γ+=APd BPd V S 13.影响击穿电压的因素：在其他条件不变条件下，击穿电压与气体性质有关，且随着电极材料，表面状况和电极结构（电场分布）而变。
14.杂质气体对击穿电位的影响，如掺入低电离能的气体可降低击穿电压，相反，若掺入双原子分子气体，则着火电压要升高。
15.电场分布对击穿电压的影响：（1）在均匀电场条件下测得的帕邢曲线，在正负电极反号前后，两条帕邢曲线重合。
（2）同轴圆筒电极系统的电极间电场分布不均匀。
当中心电极接正电位时，阴极附近电场相当弱，击穿电压较高；当中心电极接负电位时，阴极附近电场较强，击穿电压就低。
16. 罗果夫斯基空间电荷理论在汤森放电理论基础上，提出了在气体击穿过程中应考虑空间电荷对放电的影响。
第五章 辉光放电1. 正常辉光放电时，沿着存在有电场的管轴方向，放电管发光空间呈现明暗相间的光层分布分为五个区域：（一）阴极区，（二）负辉区，（三）法拉第暗区，（四）正柱区，（五）阳极区。
2. 正常辉光放电的阴极区由三部分组成：阿斯顿暗区，阴极辉光区克鲁克斯暗区。
3.辉光放电发光强度排序：负辉区最亮，正柱区次之，阴极区最弱。
4.辉光放电外貌与气体种类，压强，放电管尺寸，电极材料及形状，极间距等有关。
改变电极间距，阴极区和负辉区不受影响（负辉区和克鲁克斯暗区保留），而最大正柱区，法拉第暗区可完全消失。
5. 正常辉光放电：放电电流只从阳极表面的一部分流过，随着电流增加，阴极被放电电流覆盖的面积也增加两者成正比，此时阴极位降与放电电流及气压无关。
