第二章气体放电的物理过程(一)

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。

气体放电原理气体放电是指在一定条件下，气体中的自由电子受到电场的作用而加速，与气体原子或分子发生碰撞，使其电离并产生电流的现象。

气体放电是一种重要的物理现象，广泛应用于放电灯、气体放电激光器、等离子体物理研究等领域。

气体放电的原理主要包括电离、电子与离子的碰撞、电子能量的损失和复合等过程。

在电场的作用下，气体分子中的自由电子受到电场力的作用而加速，当电子的动能足够大时，就能够克服原子或分子的束缚能而发生电离。

电离过程是气体放电的起始阶段，也是电流的产生阶段。

在电离过程中，产生了大量的自由电子和离子，它们在电场的作用下加速运动，与气体分子发生碰撞，使得气体分子进一步电离，形成电子级联增殖的现象。

在气体放电过程中，电子与离子的碰撞是不可避免的。

当电子与离子碰撞时，它们会相互传递动量和能量，使得电子的能量逐渐损失，而离子的能量逐渐增加。

这种能量的转移和损失导致了电子的能量分布发生变化，形成了电子能谱。

电子能谱的形状和分布对气体放电过程的性质和特性有着重要的影响。

除了电离和碰撞外，电子的能量损失和复合也是气体放电过程中重要的物理过程。

当电子与气体分子碰撞时，它们会失去能量，并使得气体分子电离或激发。

另一方面，电子还会与正离子复合，释放能量并再次形成原子或分子。

这种能量的损失和复合过程是维持气体放电的能量平衡的重要机制。

综上所述，气体放电是一种复杂的物理现象，其原理涉及到电离、碰撞、能量损失和复合等多个过程。

深入理解气体放电的原理，有助于我们更好地应用气体放电技术，推动相关领域的发展。

同时，气体放电的研究也为我们提供了一个认识自然界和探索未知领域的重要途径。

希望本文能够为读者提供一些有益的信息，促进气体放电领域的进一步研究和应用。

天津理工大学中环信息学院教案首页题目：气体放电的物理过程讲授内容提要：1.气体中带电质点的产生和消失2.气体放电机理教学目的：了解气体中带电质点的产生和消失的过程教学重点：理解汤姆斯放电理论理解流注放电理论教学难点：根据不同电场，理解放电的理论过程采用教具和教学手段：多媒体及板书授课时间：2014年9月1日授课地点：新教学楼1108 教室注：此页为每次课首页，教学过程后附；以每次（两节）课为单元编写教案。

第一章气体放电的物理过程本次课主要内容：1. 气体中带电质点的产生和消失2.气体放电机理一、气体放电在电场作用下，气隙中带电粒子的形成和运动过程原子激励和电离原子能级以电子伏为单位1eV＝1V×1. 6×10-19C＝1.6×10-19J原子激励原子在外界因素作用下，其电子跃迁到能量较高的状态，所需能量称为激励能W e激励状态恢复到正常状态时，辐射出相应能量的光子，光子（光辐射）的频率二、气体中带电质点的产生（一）气体分子的电离可由下列因素引起：（1）电子或正离子与气体分子的碰撞电离（2）各种光辐射（光电离）（3）高温下气体中的热能（热电离）（4）负离子的形成（二）金属（阴极）的表面电离三、气体中带电质点的消失（一）电场作用下气体中带电质点的运动（二）带电质点的扩散（三）带电质点的复合四、气体放电机理汤逊理论汤逊理论认为，当pd较小时，电子的碰撞电离和正离子撞击阴极造成的表面电离起着主要作用，气隙的击穿电压大体上是pd的函数流注理论工程上感兴趣的是压强较高气体的击穿，如大气压强下空气的击穿特点：认为电子碰撞电离及空间光电离是维持自持放电的主要因素，并强调了空间电荷畸变电场的作用通过大量的实验研究（主要在电离室中进行的）说明放电发展的机理。

气体放电原理
气体放电是指当气体中的电子和离子获得足够的能量时，发生放电现象的过程。

其原理涉及到气体的电离和电子的碰撞等基本物理过程。

气体电离是指在电场的作用下，气体中的原子或分子失去电子成为正离子和自由电子的过程。

当电场强度足够大时，气体中的原子或分子受到电场的力，电子被加速并获得足够的能量，从而发生电离，形成正离子和自由电子。

电子的碰撞是指在气体中，自由电子与离子或原子之间发生的碰撞过程。

电子在碰撞过程中会失去能量，导致其速度减小。

当碰撞速率和电子再次获得能量的速率达到平衡时，电子的速度将保持稳定。

在气体放电过程中，电子和离子受到电场的作用而产生加速，当它们的能量达到一定程度时，就会引发碰撞电离，进而导致更多的电离。

这种连锁反应会引起电流的流动，形成可见的放电现象，如闪电、辉光灯等。

不同的气体放电现象具有不同的特点和应用。

例如，闪电放电具有极高的能量和电流，可破坏设备和引起火灾。

辉光灯则是通过控制气体放电来产生可见光，用于照明和显示等领域。

总之，气体放电现象是通过电场作用下的电离和碰撞过程实现的。

这一原理在各种领域的应用中发挥着重要的作用，从科学研究到工业应用都有广泛的应用价值。