放电物理 帕邢定律 9.pptVIP

作业 * 气体击穿特性的实验规律-----帕邢定律 根据汤森的放电模型和理论，当放电电场达到临界值时，气体就产生击穿，成为自持放电状态。在均匀电场中，击穿条件为 物理意义 一个电子从阴极出发，经历放电空间，产生的离子数量可以恰好在阴极上再激发出一个二次电子，使得放电得以维持 其中汤森电离系数是决定击穿场强的关键，根据上次的讨论，?与气压和约化场强的关系为： 这就是帕邢定律的理论表达式 通常情况下，?很小，而且在很大能量范围内都是常数，上面的表达形式可以简化为： 帕邢定律是一个实验定律，汤森模型给出了合理的解释。 帕邢定律指出： 1. 气体的击穿电压只是气压和间距乘积的函数 2，气压和间距的乘积称为 帕邢参数 帕邢定律的适用条件： 1，均匀电场中的击穿定律 2，低气压 如果是非均匀电场，气体的击穿复杂一些 改变电极材料，同样气体，相同帕邢参数下，击穿电压也是不同的 实验指出: 在一定气压范围内，击穿电压是帕邢参数的线性函数。1个大气压的空气，其击穿电压 适用范围内是 d为毫米量级 平行板电极条件下，击穿电压与pd的关系---帕邢曲线 曲线形状是类似的----帕邢定律的普适性 存在极小击穿电压-----最佳击穿条件 最佳击穿条件左右，击穿趋势截然不同。 左边是欠击穿条件，右边是过击穿条件 右边，击穿电压变化缓慢，而且击穿电压低 因此，气体的击穿应该选择右边的帕邢参数 空气的帕邢曲线 极小值不明显，因为空气是复合气体。 击穿电压与pd几乎线性 帕邢曲线的极小值点 根据 击穿电压对帕邢参数取导数，得到 根据气体的A B常数，可以计算最小击穿电压，并且可以与实验数据对比，发现复合很好，验证汤森理论 可见惰性气体的最小击穿电压很低 氢气和氮气的最小击穿电压也不高 化合气体的击穿电压高。 影响气体击穿电压的因素，气体的A B系数，也就气体与电子的碰撞电离截面和电离电位。 电离电位越高，击穿电压就越大。同类气体相比而言。 如果放电气体是混合气体，击穿电压的表现是复杂的 氢气含量是25.5%时，击穿电压最低。 低于纯氢气和纯氮气的击穿电压。 气体混合可以降低击穿电压 随着水蒸气含量的变化，空气的击穿电压，先降低后升高。测量条件是;d=5mm, p=400Pa. 位于空气的最佳击穿电压以右。 随着水蒸气加入，水分子具有形成负离子的能力，使得电离产生的电子一部分被转化，不再具有雪崩电离能力，相当于电子的第一电离系数降低。为了达到相同的临界条件，必须增减约化电场，提高击穿电压 水蒸汽含量很小时，水分子被解离成为氢原子和氧原子，氢原子能够降低击穿电压，正如在氮气中表现那样。这使得水蒸气具有了两个相反的效应。 随着氩气的加入，氖气的击穿电压显著下降。 氖气亚稳态的重要作用，潘宁电离过程的作用 杂质原子电离电位小于主体原子亚稳态激发电位，原则上都可以是混合气体的击穿电压降低，如果上述两个电位接近，由于共振传能，电离效果更显著。可是如果杂质原子使得亚稳态消失更快的话，寿命减小，那么就会造成激发电位的升高 杂质原子对击穿电压的影响，是由于气体中发生的额外过程造成的，不同于汤森放电理论描述的那些过程。例如：氖气与氩气的混合气体，如果较低电场条件下，电子能量不足以引发雪崩电离，因此无法击穿，但是却可以产生亚稳态，虽然亚稳态可以进一步电离，但是由于亚稳态数量的原因，不能产生显著电离。可是如果存在一种杂质原子，电离电位低于亚稳态能量，那么潘宁电离过程的几率很大，会使得杂质原子电离，引发气体电离，使得气体击穿电压降低。 大家思考:潘宁电离降低击穿电压，但是为什么能低于杂质气体的击穿电压？潘宁电离产生的第一系数可能是主要的, 反而电子电离不重要了。 氮气混入氩气中，就会提高混合气体的击穿电压 1%以下的氮气混合，没有引起击穿电位的显著变化 但是1%混合，引起了数十伏的增加 气体的击穿规律实际上比汤森理论描述的过程复杂许多，但是汤森理论提出的雪崩电离机理的框架是合理的，只是汤森理论的电子碰撞电离过程并不是单纯的电子碰撞过程，而是包括了各种可能的电子产生机制，但汤森系数的引入仍然是合理的唯象方法。 气体击穿的微观机理：就是电子产生过程和电子损失过程相互平衡的结果。 氮气的电离电位和氩气的电离电位是相同的，但是氩气的最小击穿电压确实比氮气的小很多，原因何在？ 在氩气中发生的电子碰撞交换能量过程有两类是重要的 电离能15.8eV 氮气的电离能：15.7eV