1帶電離子的產(chǎn)生和消失(1學(xué)時)

1、第第1講講 氣體擊穿的理論分析和氣體間隙絕緣（氣體擊穿的理論分析和氣體間隙絕緣（1）帶點粒子的產(chǎn)生和消失帶點粒子的產(chǎn)生和消失 一、帶電粒子的產(chǎn)生一、帶電粒子的產(chǎn)生（一）原子的激勵和電離（一）原子的激勵和電離 原子的能級原子的能級 原子結(jié)構(gòu)可用行星系模型描述。原子結(jié)構(gòu)可用行星系模型描述。 根據(jù)原子核外電子的能量狀態(tài)，根據(jù)原子核外電子的能量狀態(tài)，原子具有一系列可取的確定的能量原子具有一系列可取的確定的能量狀態(tài)狀態(tài)能級。能級。 鄭州大學(xué)電氣工程學(xué)院鄭州大學(xué)電氣工程學(xué)院 原子的激勵原子的激勵 原子在外界因素（電場、高原子在外界因素（電場、高溫等）的作用下，吸收外界能溫等）的作用下，吸收外界能量使其內(nèi)部

2、能量增加，原子核量使其內(nèi)部能量增加，原子核外的電子將從離原子核較近的外的電子將從離原子核較近的軌道跳到離原子核較遠的軌道軌道跳到離原子核較遠的軌道上去，此過程稱原子的激勵上去，此過程稱原子的激勵（或激發(fā)）。（或激發(fā)）。 激勵能。不穩(wěn)定狀態(tài)。激勵能。不穩(wěn)定狀態(tài)。鄭州大學(xué)電氣工程學(xué)院鄭州大學(xué)電氣工程學(xué)院原子的電離原子的電離 原子在外界因素作用下，原子在外界因素作用下，使其一個或幾個電子脫離原使其一個或幾個電子脫離原子核的束縛而形成自由電子子核的束縛而形成自由電子和正離子的過程。和正離子的過程。 電離能電離能Wi（電子伏（電子伏 eV）。）。 1eV一個電子行徑一個電子行徑1V電位電位差的電場所獲得

3、的能量。差的電場所獲得的能量。鄭州大學(xué)電氣工程學(xué)院鄭州大學(xué)電氣工程學(xué)院自由電子自由電子J106 .1106 .111eV1919 （二）氣體中帶電粒子的產(chǎn)生（二）氣體中帶電粒子的產(chǎn)生光電離光電離 光輻射引起的氣體分子的電離過程。光輻射引起的氣體分子的電離過程。 光電離條件光電離條件: 或或 式中：式中： h 普朗克常數(shù)普朗克常數(shù), 4.1310-15eVs; 光子的頻率；光子的頻率； c光速，光速，3108m/s； 光的波長，光的波長，m.鄭州大學(xué)電氣工程學(xué)院鄭州大學(xué)電氣工程學(xué)院ihWihcW熱電離熱電離 一切因氣體熱狀態(tài)引起的電離過程。一切因氣體熱狀態(tài)引起的電離過程。 熱電離條件熱電離條件:

4、 式中：式中：K波爾茨曼常數(shù)，波爾茨曼常數(shù)，1.3810-23J/K； T絕對溫度。絕對溫度。32miWKTW鄭州大學(xué)電氣工程學(xué)院鄭州大學(xué)電氣工程學(xué)院碰撞電離碰撞電離 由于質(zhì)點碰撞引起的電離過程。主要是電子碰撞電離。由于質(zhì)點碰撞引起的電離過程。主要是電子碰撞電離。 碰撞電離條件：碰撞電離條件： 空間電離：光電離空間電離：光電離 熱電離熱電離 碰撞電離碰撞電離212eeiWm vqExW鄭州大學(xué)電氣工程學(xué)院鄭州大學(xué)電氣工程學(xué)院金屬的表面電離金屬的表面電離 電子從金屬電極（陰極）表面逸出的過程。電子從金屬電極（陰極）表面逸出的過程。 逸出功。逸出功。 （1）正離子撞擊陰極）正離子撞擊陰極 （2）光

5、電子發(fā)射（光電效應(yīng)）光電子發(fā)射（光電效應(yīng)） （3）熱電子發(fā)射）熱電子發(fā)射 （4）強場發(fā)射）強場發(fā)射鄭州大學(xué)電氣工程學(xué)院鄭州大學(xué)電氣工程學(xué)院負離子的形成負離子的形成 電子和氣體分子碰撞非但沒有電離出新電子，反而是附電子和氣體分子碰撞非但沒有電離出新電子，反而是附著于分子，形成負離子。著于分子，形成負離子。 阻礙放電的作用。阻礙放電的作用。 有些氣體形成負離子時可釋放出能量，這類氣體容易形成有些氣體形成負離子時可釋放出能量，這類氣體容易形成負離子負離子（氧、氟、氯等）。（氧、氟、氯等）。 SFSF6 6（很強的絕緣和滅弧性能，同時具有良好的物理化學(xué)（很強的絕緣和滅弧性能，同時具有良好的物理化學(xué) 性

6、能）性能）。鄭州大學(xué)電氣工程學(xué)院鄭州大學(xué)電氣工程學(xué)院二、帶電粒子在氣體中的運動二、帶電粒子在氣體中的運動1 1、自由行程長度、自由行程長度 帶電粒子在電場中具有復(fù)雜的運動軌跡：帶電粒子在電場中具有復(fù)雜的運動軌跡： “ “混亂熱運動混亂熱運動+ +沿電場作定向漂逸沿電場作定向漂逸” 平均自由行程長度平均自由行程長度 單位行程中的碰撞次數(shù)單位行程中的碰撞次數(shù)Z Z的的倒數(shù)。倒數(shù)。鄭州大學(xué)電氣工程學(xué)院鄭州大學(xué)電氣工程學(xué)院 實際自由行程長度是一個隨機量，并具有很大的實際自由行程長度是一個隨機量，并具有很大的分散性。分散性。 粒子的自由行程等于或大于某一距離粒子的自由行程等于或大于某一距離x x的概率：

7、的概率：PTe)x(Px 鄭州大學(xué)電氣工程學(xué)院鄭州大學(xué)電氣工程學(xué)院2 2、帶電粒子的遷移率、帶電粒子的遷移率 帶電粒子在單位場強（帶電粒子在單位場強（1v/m) 1v/m) 下沿電場方向的漂下沿電場方向的漂移速度。移速度。 電子的遷移率遠大于離子。電子的遷移率遠大于離子。電場強度。電場強度。離子漂移速度，離子漂移速度，式中：式中：-Eu,Euk 鄭州大學(xué)電氣工程學(xué)院鄭州大學(xué)電氣工程學(xué)院3 3、擴散、擴散 帶電粒子從濃度較大的區(qū)域運動到濃度較小的區(qū)帶電粒子從濃度較大的區(qū)域運動到濃度較小的區(qū)域。域。 電子的擴散速度比離子快得多。電子的擴散速度比離子快得多。 氣壓越低，溫度越高，擴散越快。氣壓越低，溫度越高，擴散越快。鄭州大學(xué)電氣工程學(xué)院鄭州大學(xué)電氣工程學(xué)院三、帶電粒子的消失三、帶電粒子的消失在電場作用下定向運動在電場作用下定向運動 “ “混亂熱運動混亂熱運動+ +沿電場作定向漂逸沿電場作定向漂逸”帶電粒子的擴散帶電粒子的擴散 帶電粒子從濃度較大的區(qū)域運動到濃度較小的區(qū)域。