气体放电过程分析

气体放电过程的分析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。

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。

暗放电暗放电主要是非自持放电（但自持放电的某些区域中有暗放电存在）。

关于暗放电的理论是英国物理学家J.S.汤生于1903年提出的，故这种放电也称为汤生放电。

汤生理论的物理描述是：设外界催离素在阴极表面辐照出一个电子，这个电子向阳极方向飞行，并与分子频繁碰撞，其中一些碰撞可能导致分子的电离，得到一个正离子和一个电子。

新电子和原有电子一起，在电场加速下继续前进,又能引起分子的电离,电子数目便雪崩式地增长。

这称为电子繁流（图2）。

气体放电汤生根据上述物理描述，推导出抵达阳极的电子数目n u为式中n0为阴极发射的电子数；d为阴极阳极间距离；α为汤生第一电离系数。

上式表明,电子数目随距离d指数增长。

在一些光电器件中，特意充入一些惰性气体，使光电阴极发射的电子在气体中进行繁流，以得到光电流的放大，提高器件的灵敏度。

放电中产生的正离子最后都抵达阴极。

正离子轰击阴极表面时，使阴极产生电子发射；这种离子轰击产生的次级电子发射，称为r过程。

r过程使放电出现新的特点,这就是：r过程产生的次级电子也能参加繁流。

如果同一时间内，由于r过程产生的电子数,恰好等于飞抵阳极的电子数，放电就能自行维持而不依赖于外界电离源，这时就转化为自持放电。

辉光放电低压气体在着火之后一般都产生辉光放电。

若电极是安装在玻璃管内，在气体压力约为 100帕且所加电压适中时，放电就呈现出明暗相间的 8个区域（图4）。

图中下方的曲线表示光强的分布，按从阴极到阳极的顺序分为7个区。

气体放电研究报告气体放电是一种重要的物理现象，其涉及强电场和气体分子之间的相互作用。

该现象在各种应用中都有广泛的应用，例如照明技术、等离子体技术和放电加工技术等。

因此，研究气体放电对于促进技术发展和实现可持续发展至关重要。

一、气体放电的特征气体放电的主要特征是在气体中形成等离子体。

等离子体是由电离的气体分子和自由电子组成的电中性体系，其特点是具有一定的导电性、化学性和热力学性质。

气体放电的形成过程主要涉及两个方面的过程：电离过程和电子复合过程。

电离过程是指在气体中形成自由电子和离子的过程，它是由电子与分子碰撞而发生的，根据电子吸收的能量不同，电离过程可分为光电离、冷电离和热电离。

电子复合过程是指由自由电子与离子结合的过程，该过程主要是放出光子的过程，这些光子在多数情况下被称为谱线光子。

二、气体放电在光源技术中的应用气体放电在光源技术中有着广泛的应用，例如氙气闪光灯、气体放电管和化学激光器等。

其中，氙气闪光灯是由气体放电产生的一种宽谱辐射源，其光谱范围广，峰值波长集中在253.7nm和184.9nm，具有高辐射强度和发光稳定性的特点。

气体放电管也是由气体放电产生的一种离子化器，它能够将弱信号放大，常用于放大器和谐振器的制备中。

此外，化学激光器则是利用气体放电激发电离的稀有气体，通过不同能量的激活，使气体分子的能级发生变化，从而产生激光。

三、气体放电在等离子体技术中的应用气体放电在等离子体技术中有着广泛的应用，例如等离子体喷雾、等离子体退火和等离子体刻蚀等。

其中，等离子体喷雾是一种将样品溶液产生微细颗粒的技术，其原理是将极化剂和离子源放在气体放电的电子束中，由于强电场和离子与离子之间的碰撞，样品分子被分解成离子和原子，从而形成微细颗粒。

等离子体退火则是将所需材料放在气体放电中，用等离子体的高温等性质退火材料，从而形成装置所需形状的材料。

等离子体刻蚀是将所需材料放在气体放电中，用等离子体的碰撞和物理性质进行刻蚀，从而形成所需的形状和尺寸。

气体放电实验报告
实验目的：
通过气体放电实验，观察气体放电的现象，了解不同气体放电的特点，探究气体放电的原理。

实验步骤：
1. 准备实验仪器：气体放电装置、气体灯管、电源、电压表、电流表等。

2. 按照实验要求选择不同气体灯管，如氢气灯管、氧气灯管、氮气灯管等。

3. 将气体灯管连接到气体放电装置上，接通电源。

4. 调节电源电压和电流，观察气体灯管的放电现象，记录电压和电流值。

5. 重复以上步骤，对不同气体灯管进行实验，比较不同气体放电的特点和现象。

实验结果：
实验结果表明，不同气体放电的特点和现象不同。

在氧气灯管中，放电时会发出红色光芒，氢气灯管中，放电时会发出紫色光芒，氮
气灯管中，放电时会发出紫色光芒和白色光芒。

而且，不同气体的放电电压和电流值也不同。

实验分析：
气体放电现象是气体在电场作用下发生电离，形成等离子体的过程。

当电场强度达到一定值时，气体中的原子或分子会失去或获得电子，形成正负离子对。

这些离子会在电场作用下不断加速，撞击其他原子或分子，继续发生电离，最终形成等离子体。

等离子体的存在使气体灯管中的气体发出了不同的光芒。

不同气体的放电特点和现象与其分子结构和性质有关。

例如，氢气分子中只有一个电子，容易发生电离；氧气分子中的氧原子具有两个未成对电子，易于发生电子跃迁，因此放电时发出红色光芒；氮气分子中的氮原子具有五个未成对电子，放电时发出紫色光芒和白色光芒。

实验结论：
通过气体放电实验，我们了解了气体放电的现象和原理，探究了不同气体放电的特点和现象。

这对我们深入理解等离子体物理学、电子学等领域有着重要的意义。

气体放电管发光原理引言：气体放电管是一种利用气体放电产生发光现象的器件，广泛应用于照明、显示和通信领域。

本文将介绍气体放电管的发光原理，包括气体放电产生的基本过程、发光机制以及不同气体放电管的特点和应用。

一、气体放电的基本过程气体放电是指在气体中加入适当的电压，使气体分子或原子发生电离的现象。

当气体放电管两端加上足够的电压时，气体中的分子或原子会被电离，形成正、负离子和自由电子。

这些带电粒子在电场的作用下加速运动，与气体分子或原子碰撞，产生光辐射。

二、气体放电管的发光机制气体放电管的发光机制主要有激发辐射和电子碰撞两种方式。

1. 激发辐射激发辐射是指激发态分子或原子由高能级向低能级跃迁时释放出的能量以光的形式辐射出来。

气体放电管中的气体分子或原子在电场作用下被激发到高能级，当其回到基态时会以光的形式发射出能量。

不同气体的电离能级、激发态能级和跃迁过程不同，因此发射的光谱特性也不同。

2. 电子碰撞电子碰撞是指带电粒子与气体分子或原子碰撞时，能量转移导致发光现象。

带电粒子在碰撞过程中将能量传递给气体分子或原子，使其处于激发态。

随后，激发态分子或原子回到基态时会释放出能量，并以光的形式发射出来。

电子碰撞发光机制主要适用于稀有气体放电管，如氖灯和氩氖混合气体放电管。

三、不同气体放电管的特点和应用不同气体放电管的发光特性和应用各有不同，下面介绍几种常见的气体放电管。

1. 氖灯氖灯是一种利用氖气放电产生红光的气体放电管。

氖灯的发光机制主要是电子碰撞。

氖气分子在电场作用下被激发到亚稳态，然后通过碰撞转移到基态，释放出红光。

氖灯具有高亮度、长寿命和稳定性好的特点，广泛应用于广告招牌、指示灯和装饰照明等领域。

2. 汞灯汞灯是一种利用汞蒸汽放电产生紫外线的气体放电管。

汞蒸汽在电场作用下发生电离和激发，产生紫外线辐射。

紫外线经过荧光粉的转换，产生可见光。

汞灯具有高亮度、高效率和长寿命的特点，被广泛应用于照明、显微镜和光刻等领域。

第二章气体放电的物理过程本章节教学内容要求：气体分子的激发与游离，带电质点的产生与消失汤森德气体放电理论：电子崩的形成，自持放电的条件，帕邢定律。

流注理论：长间隙击穿的放电机理，极性效应，先导放电，雷云放电及电晕。

必要说明：1）常用高压工程术语击穿：在电场的作用下，由电介质组成的绝缘间隙丧失绝缘性能，形成导电通道。

闪络：沿固体介质表面的气体放电（亦称沿面放电）电晕：由于电场不均匀，在电极附近发生的局部放电。

击穿电压（放电电压）Ｕb（ｋＶ）：使绝缘击穿的最低临界电压。

击穿场强（抗电强度，绝缘强度）Ｅb（ｋＶ／ｃｍ）：发生击穿时在绝缘中的最小平均电场强度。

Ｅｂ＝Ｕｂ／Ｓ（Ｓ：极间距离）一般在常压大气中，Ｅｂ＝３０ｋＶ／ｃｍ，当Ｓ较小为ｃｍ且电场为均匀分布时；Ｅｂ＝５００ｋＶ／ｍ，当Ｓ较大接近ｍ时。

放电：（狭义与广义）气体绝缘的击穿过程。

辉光放电：当气体压力低，电源容量小时，放电表现为充满整个气体间隙两电极之间的空间辉光，这种放电形式称为辉光放电。

火花放电：在大气压力或更高的压力下，电源容量不大时变现出来的放电。

主要表现为：从一电极向对面电极伸展的火花而不是充满整个空间。

火花放电常常会瞬时熄灭，接着有突然出现。

电晕放电：在不均匀电场中，曲率半径很小的电极附近会出现紫兰色的放电晕光，并发出“兹兹”的可闻噪声，此种现象称为电晕放电。

如不提高电压，则这种放电就局限在很小的范围里，间隙中的大部分气体尚未失去绝缘性能。

电晕放电的电流很小电弧放电：在大气压力下，当电源容量足够大时，气体发生火花放电之后，便立即发展到对面电极，出现非常明亮的连续电弧，此称为电弧放放电。

电弧放电时间长，甚至外加电压降到比起始电压低时电弧依然还能维持。

电弧放电电流大，电弧温度高。

电气设备常常以一个标准大气压作为绝缘的情况，这是可能发生的是电晕放电，火花放电或者是电弧放电。

2）常见电场的结构均匀场：板－板稍不均匀场：球－球极不均匀场：（分对称与不对称）棒－棒对称场棒－板不对称场线－线对称场§２－１气体中带电质点的产生和消失一．带电粒子的产生（电离过程）气体中出现带电粒子，才可在电场作用下发展成各种气体放电现象，其来源有两个：一是气体分子本身发生电离，二气体中的固体或液体金属发生表面电离。

第1篇一、实验目的本实验旨在研究气体绝缘设备中局部放电的特性，通过实验观察和分析不同气体介质中局部放电的现象，探究局部放电对气体绝缘性能的影响，为提高气体绝缘设备的安全性和可靠性提供理论依据。

二、实验原理局部放电是指在高压电场作用下，气体介质中出现的电击穿现象。

当电场强度超过气体的击穿场强时，气体介质中的分子会发生电离，产生自由电子和正离子，形成导电通道，从而发生局部放电。

局部放电会对气体绝缘设备的绝缘性能造成损害，甚至引发设备故障。

本实验采用直流高压电源对气体介质施加电场，通过测量放电电流、电压等参数，分析不同气体介质中局部放电的特性。

三、实验设备1. 直流高压电源：输出电压0～30kV，输出电流0～1mA。

2. 电流探头：测量范围0～10mA。

3. 电压探头：测量范围0～30kV。

4. 气体介质：空气、氮气、SF6等。

5. 实验室气瓶：用于存储实验用气体。

6. 电压表、电流表、示波器等测量仪器。

四、实验步骤1. 准备实验用气体：将空气、氮气、SF6等气体分别充入实验室气瓶中，确保气体纯净、无杂质。

2. 安装实验设备：将直流高压电源、电流探头、电压探头等设备连接好，确保连接牢固、接触良好。

3. 选择实验气体：依次选择空气、氮气、SF6等气体作为实验介质，分别进行实验。

4. 施加电场：调整直流高压电源输出电压，使气体介质中的电场强度逐渐增加。

5. 观察放电现象：通过示波器观察放电电流、电压波形，记录放电开始、结束时间，分析放电特性。

6. 数据处理：将实验数据整理成表格，分析不同气体介质中局部放电的特性。

五、实验结果与分析1. 空气介质实验结果显示，空气介质在电场强度较低时，不易发生局部放电；随着电场强度的增加，放电电流、电压逐渐增大，放电频率逐渐降低。

2. 氮气介质实验结果显示，氮气介质在电场强度较低时，局部放电现象与空气介质相似；随着电场强度的增加，放电电流、电压逐渐增大，放电频率逐渐降低。

3. SF6气体介质实验结果显示，SF6气体介质在电场强度较低时，不易发生局部放电；随着电场强度的增加，放电电流、电压逐渐增大，放电频率逐渐降低。

气体放电过程的分析摘要:气体电介质，特别是空气，是电力系统中最重要的绝缘介质。

对气体放电过程进行分析，研究气体电介质的绝缘特性具有十分重要的意义。

而气体放电又受气体间隙、环境电场影响，其过程的分析需要各种理论的支持。

关键字：气体放电、带电质点、气体间隙、电子崩、汤逊理论、流注理论K一、气体中带电质点的产生与消失1．气体中带电质点的产生气体的特点：气体的分子间距很大，极化率很小，因此，介电常数都接近于1。

纯净的、中性状态的气体是不导电的，只有气体中出现了带电质点（电子、正离子、负离子）以后，才可能导电，并在电场作用下发展成为各种形式的气体放电现象。

气体导电的原因：气体中出现了带电质点（电子、正离子、负离子）以后，游离出来的自由电子、正离子和负离子在电场作用下移动，从而形成气体电介质的电导层。

气体带电质点的来源：有两个，一是气体分子本身发生游离（包括撞击游离、光游离、热游离等多种形式）；二是放在气体中的金属发生表面游离。

2．气体中带电质点的消失气体中带电质点的消失主要有下列三种方式：带电质点受电场力的作用流入电极并中和电量；带电质点的扩散；带电质点的复合。

1）带电质点受电场力的作用而流入电极，中和电量带电质点在电场力的作用下受到加速，在向电场方向运动途中会不断地与气体分子相碰撞，碰撞后会发生散射，但从宏观来看，是向电场方向作定向运动的。

其平均速度开始是逐渐增加的（因受电场力的加速），但随着速度的增加，碰撞时失去的动能也增加，最后，在一定的电场强度下，其平均速度将达到某个稳定值。

这一平均速度称为带电质点的驱引速度。

2）带电质点的扩散带电质点的扩散就是指这些质点会从浓度较大的区域转移到浓度较小的区域，从而使带电质点在空间各处的浓度趋于均匀的过程。

带电质点的扩散是由杂乱的热运动造成的，而不是由于同号电荷的电场斥力造成的，因为即使在很大的浓度下，离子之间的距离仍大到静电力起不到什么作用的程度。

电子的直径比离子的直径小很多，在运动中受到的碰撞也比离子少得多，因此电子的扩散比离子的扩散快得多。

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。