4.1气体的击穿资料.pptVIP

* * 模块五 交流耐压试验 情境一 均匀场气体的击穿 新课引入： 气体的击穿是由什么引起的？ 本次课程的目的要求: 1、能说明 (P)、d对击穿电压的影响，会解释 巴申曲线中放电特点 2、能说明均匀场中气体击穿的两个理论及区别。 3、会说明均匀电场中气隙的击穿特性。 带电粒子： 正离子、负离子、电子 一、带电质点的产生 原因：各种游离（电离） 作用：促进放电发展 气体原子的 激发和游离 (一) 气隙中带电粒子的产生和消失 带电粒子的运动 当气体中存在电场时，粒子同时进行热运动和沿电场定向运动。 游离（电离）：外界以某种方式给处于某一能级轨道上的电子施加一定的能量，该电子就可能摆脱原子核的束缚成为自由电子。 激发：电子向高一能级轨道的跃迁。 游离能 ：产生游离需要的能量。 自由行程：一个质点在每两次碰撞间自由地通过的距离。 平均自由行程：众多质点自由行程的平均值。 1、碰撞游离 电子或离子与气体分子碰撞，将动能传递给气体分子引起游离的过程。 碰撞游离条件：当电子从电场获得的动能大于或等于气体分子的游离能时，就可能使气体分子分裂为电子或正离子。 气体中，电子和离子的自由行程是它们和气体分子发生碰撞的行程。由于电子尺寸和质量比分子小得多，不易发生碰撞，故电子的平均自由行程比离子的大得多，在电场作用下加速运动易积聚足够的动能。 Wi为气体分子的游离能 2、光游离 由光辐射引起气体分子游离的过程。 光游离产生的电子称为光电子。 来源： x射线、γ射线等； 异号带电粒子复合成中性粒子释放出光子； 条件： 激励态分子回复到正常态释放出光子。 3、热游离 本质：气体分子热状态引起的碰撞游离和光游离的综合。 常温下，气体分子发生热游离的概率极小。 当t10000K时，才需考虑热游离； 当t20000K时，几乎全部的分子都处于热游离状态。 以上三种游离发生在气体空间中，故也称为空间游离。 4、气体中金属表面游离 含义： 形式： 金属阴极表面发射电子的过程。 正离子碰撞阴极表面； 光电子发射；(X射线、γ射线、紫外线等） 强场发射； 热电子发射； 气体中主要的游离方式是碰撞游离。 碰撞游离主要由电子和气体分子碰撞所引起。 二、带电质点的消失 作用：既促进又阻碍放电的进行 都以光子的形式放出多余的能量。一定条件下会导致其他气体分子产生光游离，使气体放电阶跃式发展。 电子复合和离子复合： 作用：阻碍放电发生 1、复合 2、扩散 正离子和负离子或电子相遇时，发生电荷的传递而相互中和而还原为分子的过程。 带电质点从浓度较大区域转移到浓度较小 区域的现象。 3、进入电极 作用：阻碍放电发展 在外电场作用下，气隙中的正、负电荷 分别向两电极定向移动的现象。 (二) 均匀电场中气体击穿的过程 一、电子崩、非自持放电和自持放电 气体放电伏安特性 左图表示实验所得平板电极(均匀电场)气体中的电流I与所加电压U的关系，即伏安特性。 在曲线OA段，I随U的提高而增大，这是由于电极空间的带电质点向电极运动加速而导致复合数的减少所致。 当电压接近Ua时，电流I0趋向于饱和值，因为这时外界游离因子所产生的带电质点几乎能全部抵达电极，所以电流值仅取决于游离因子的强弱而与所加电压无关。 实验分析 oa段：电流随电压升高而升高 ab段：电流仅取决于外游离因素与电压无关 bs段：电压升高碰撞游离增强但仍靠外游离维持(非自持) s点后：只靠外加电压就能维持(自持) 如果取消外游离因素，电流也将消失，这类依靠外游离因素的作用而维持的放电叫非自持放电。 外施电压到达U0后，气隙中游离过程只靠外施电压已能维持，不再需要外游离因素的放电称为自持放电，U0称为起始放电电压。 二、低气压下均匀场自持放电的汤逊理论 （一）电子崩 (a) 电子崩的形成 (b) 带电离子在电子 崩中的分布 外界游离因子在阴极附近产生一个初始电子，如果空间电场强度足够大，该电子在向阳极运动时就会引起碰撞游离，产生一个新的电子，初始电子和新电子继续向阳极运动，又会引起新的碰撞游离，产生更多电子。依此电子将按照几何级数不断增多，类似雪崩似地发展，这种急剧增大的空间电子流被称为电子崩。 （二）电子崩发展到阳极后的新游离 电子崩发展到阳极，其崩头的电子进入阳极中和，崩体内 的正离子在电场作用下向阴极运动。若气隙上的电压较低， 场强较小，则正离子撞击阴极板时从阴极逸出的电子将全 部和正离子复合，阴极表面游离不出自由电子。此时若取 消外界游离因素，气隙中将没有产生新电子崩的电子，放 电会停止。 此即是非自持放电。 若气隙上的电压达到其临界击穿电压，则由于正离子的动能大，撞击阴极表面时就能使