氣體放電物理知識(shí)要點(diǎn)總結(jié)201466

1、氣體放電物理知識(shí)要點(diǎn)總結(jié)1 氣體放電過(guò)程中一般存在六種基本粒子：電子，正離子，負(fù)離子，光子，基態(tài)原子（或分子），激發(fā)態(tài)原子（或分子）。2 光子能量,其中為光的頻率，h為普朗克常數(shù)。3 原子能量由原子內(nèi)部所有粒子共同決定，通常人們感興趣的是原子最外層電子即價(jià)電子，因?yàn)闅怏w放電過(guò)程主要是由最外層電子參加的。原子通常處于穩(wěn)定的能級(jí)，成為基態(tài)（基態(tài)能量E1），當(dāng)價(jià)電子從外界獲得額外能量時(shí)，它可以跳躍到更高能級(jí)，此時(shí)原子處于激發(fā)態(tài)（激發(fā)態(tài)能量E2），電子處于激發(fā)態(tài)的時(shí)間很短，然后會(huì)躍遷到基態(tài)或低激發(fā)態(tài)，并以光子形式釋放出能量（）。當(dāng)電子獲得的能量超過(guò)電離能時(shí)，電子就與原子完全脫離而成為自由電子，原子變?yōu)?/p>

2、正離子。4 正離子也可被電離，負(fù)離子是電子附著到某些原子或分子上而形成的。負(fù)離子的能量等于原子或分子的基態(tài)能量加上電子的親和能。氣體放電中的帶電粒子是電子和各種離子（正離子和負(fù)離子）。每種離子都將影響氣體放電的電特性，電子的作用通常占主導(dǎo)地位。5 波數(shù)等于波長(zhǎng)的倒數(shù)，表示在真空中每厘米的波長(zhǎng)個(gè)數(shù)。即6. 原子所處的狀態(tài)取決于其核外電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，可用四個(gè)量子數(shù)來(lái)描述。主量子數(shù)n(n=1,2,3), 它是由電子軌道主軸的尺寸決定；軌道角量子數(shù)l，(l=0,1,2,3n-1),它是由橢圓軌道的短軸和長(zhǎng)軸之比決定。軌道磁量子數(shù)ml,其取值范圍為，它是由軌道相對(duì)于磁場(chǎng)的位置決定的；自旋磁量子數(shù).7在光

3、譜中，將電子組態(tài)用規(guī)定的符號(hào)來(lái)標(biāo)志，軌道角量子數(shù)用字母s,p,d,f等表示，相應(yīng)的l值分別為0，1，2，3等。電子組態(tài)所形成的原子態(tài)符號(hào)可以表示為第二章.氣體放電的基本物理過(guò)程1帶電離子的產(chǎn)生方式：碰撞電離，光電離，熱電離，金屬表面電離2電子與原子碰撞時(shí)，若碰撞不引起原子內(nèi)部的變化，這種碰撞稱為彈性碰撞，若電子能量足夠大，電子與原子碰撞后，可引起原子內(nèi)部發(fā)生變化，即引起原子的激發(fā)或電離，這種碰撞稱為非彈性碰撞。碰撞激發(fā)：若電子動(dòng)能比原子的電離能小，但比原子激發(fā)能大，則電子與原子碰撞時(shí)，可使得原子激發(fā)。碰撞電離：若電子動(dòng)能比原子的電離能大很多，那么在非彈性碰撞之后，除了電子傳遞給原子一部分能量外

4、，仍保留一部分動(dòng)能，它以較低速度繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，并且原子被電離釋放出一個(gè)電子。分級(jí)電離：若被激發(fā)的原子再次與電子碰撞，那么電子的動(dòng)能也可傳遞給激發(fā)態(tài)原子，使之電離。光電離：當(dāng)光子的能量大于原子的電離能時(shí)，它就會(huì)發(fā)生光電離。熱電離：對(duì)氣體粒子體系加熱，溫度較高時(shí)，快速運(yùn)動(dòng)粒子的數(shù)目增大，這些高能運(yùn)動(dòng)粒子之間的相互作用可使它們的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為它們的勢(shì)能，于是氣體粒子被激發(fā)或電離，即熱激發(fā)或熱電離。3.電離度：電離氣體中電子或離子的濃度與中性氣體原子原來(lái)的濃度之比。4.氣體平均自由程：相繼兩次碰撞之間的平均距離。平均自由程與氣體的粒子數(shù)密度成反比，與碰撞截面成反比。5.碰撞時(shí)的能量轉(zhuǎn)移。當(dāng)彈性碰撞發(fā)生在電子與

5、重粒子（原子或者離子）之間時(shí)，電子只給粒子很少一部分能量，而在非彈性碰撞中，電子與重粒子碰撞時(shí)可能交出全部能量，變?yōu)橹亓Ｗ拥膭?shì)能，使重粒子激發(fā)或電離，而在重粒子之間碰撞時(shí)，重粒子只交出動(dòng)能的一半來(lái)激發(fā)或者電離其它重粒子，其效率比電子低得多。6.帶電粒子在氣體中的運(yùn)動(dòng)形式：（1）熱運(yùn)動(dòng)（在無(wú)場(chǎng)空間里，與中性粒子的熱運(yùn)動(dòng)相同），自由程反映粒子間的碰撞概率。自由程分布函數(shù)n=n0exp(-x/l)，（2）擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)：由于氣體分子空間濃度的不均勻而在濃度梯度作用下靠雜亂無(wú)章的熱運(yùn)動(dòng)而導(dǎo)致的結(jié)果。擴(kuò)散系數(shù)表征粒子的流量速率與其濃度梯度之間的比例系數(shù)。D=(3)帶電粒子的漂移運(yùn)動(dòng)（在有電場(chǎng)的情況下發(fā)生）：離

6、子的漂移運(yùn)動(dòng)，電子的漂移運(yùn)動(dòng)，帶電粒子的雙極性擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)7遷移率：用單位強(qiáng)度電場(chǎng)作用下的粒子漂移速度來(lái)表征它的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。8.帶電粒子的消失（或者復(fù)合）兩種途徑：空間復(fù)合或擴(kuò)散到電極及器壁上再?gòu)?fù)合。復(fù)合是電離的逆過(guò)程。放電空間的復(fù)合主要是電子與正離子的復(fù)合，稱為電子復(fù)合，正離子與負(fù)離子的復(fù)合，稱為離子復(fù)合。電子復(fù)合又包括輻射復(fù)合，離解復(fù)合和雙電子的復(fù)合的兩體過(guò)程及三體復(fù)合。第三章氣體放電等離子體概論1物質(zhì)存在的四種狀態(tài)：固態(tài)，液態(tài)，氣態(tài)，等離子體態(tài)。2在一定溫度和壓力下，物質(zhì)的存在狀態(tài)取決于構(gòu)成物質(zhì)的分子間力和無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)這兩種對(duì)立因素的相互作用?；蛘哒f(shuō)取決于分子間的結(jié)合能與其熱運(yùn)動(dòng)的競(jìng)爭(zhēng)。3等離

7、子體定義：包含足夠多的電荷數(shù)量近似相等的正，負(fù)帶電粒子的物質(zhì)聚集狀態(tài)。4.1928年朗繆爾等人引入等離子體概念，1879年克魯克斯把放電管中物質(zhì)的狀態(tài)稱為物質(zhì)的第四態(tài)。5。組成等離子體的基本成分是：電子，離子和中性粒子。等離子體在宏觀上保持電中性。6等離子體特征：氣體高度電離，等離子體內(nèi)帶正電荷帶負(fù)電的粒子濃度近似相等，具有導(dǎo)體的特征，等離子體具有振蕩特性；等離子體具有加熱氣體特征（高溫）。7等離子體分類：按照電離度分，（1）低溫等離子體（電離度小于0.01）（包含熱等離子體（近局域熱力學(xué)平衡），冷等離子體（非平衡），燃燒等離子體）；（2 ）高溫等離子體（完全熱平衡）（電離度大于0.01）。非

8、熱力學(xué)平衡等離子體擁有高的電子能量及較低的離子及氣體溫度這一非平衡特性在工業(yè)上應(yīng)用最廣泛。8 等離子體基本參量：等離子體粒子密度，等離子體溫度，等離子體電離度9 等離子體基本長(zhǎng)度：德拜屏蔽長(zhǎng)度是等離子體物理中具有決定意義的長(zhǎng)度，它是等離子體具有電中性的空間尺度下限，10 電子走完一個(gè)振幅（等于德拜長(zhǎng)度）所需的時(shí)間可看做等離子體存在的時(shí)間下限11 等離子體鞘層：當(dāng)?shù)入x子體與容器或電極，探針等固體表面接觸時(shí)，表現(xiàn)出與普通氣體截然不同的性質(zhì)，在兩者之間形成一層負(fù)電位的過(guò)度區(qū)域，它把等離子體包圍起來(lái)，稱為等離子體鞘層。在鞘層內(nèi)的粒子不具有電中性。鞘層厚度具有德拜屏蔽長(zhǎng)度的量級(jí)。等離子體振蕩: 若在等離

9、子體的某一局部區(qū)域內(nèi)，由于擾動(dòng)，某瞬間出現(xiàn)正負(fù)電荷分離時(shí)，庫(kù)侖力將使得其返回原狀，但由于慣性，返回的粒子將越過(guò)平衡位置向相反方向偏離，此時(shí)靜電恢復(fù)力再次起作用，從而形成等離子體內(nèi)部帶電粒子群的集體運(yùn)動(dòng)，即等離子體振蕩。電子的振蕩頻率遠(yuǎn)大于離子的振蕩頻率。12 等離子體判據(jù):（1）德拜長(zhǎng)度遠(yuǎn)小于等離子體系統(tǒng)的特征長(zhǎng)度L；（2）以德拜長(zhǎng)度為半徑的球內(nèi)包含的帶電粒子數(shù)遠(yuǎn)大于1；（3）等離子體的頻率大于電子和中性粒子的碰撞頻率。這表明電子不可能通過(guò)與中性粒子的碰撞來(lái)消耗振蕩能量，以使等離子體振蕩維持。13 氣體放電的相似性（略)第4章 湯森放電與氣體擊穿1. 低氣壓氣體放電的伏安特性曲線：p63畫(huà)出伏

10、安特性曲線，并對(duì)每個(gè)區(qū)的特點(diǎn)進(jìn)行分析說(shuō)明2. 什么是自持放電，非自持放電？3. 1903年，湯森第一個(gè)提出氣體擊穿理論電子雪崩理論，并于1910年發(fā)表“擊穿判據(jù)”等。此理論開(kāi)始用于非自持放電，自持暗放電及過(guò)渡區(qū)，后來(lái)羅果夫斯基修改和補(bǔ)充了該理論，擴(kuò)展到輝光放電區(qū)。4. 電子崩的形成（電子雪崩或電子繁流）陰極電極表面由于光電離產(chǎn)生電子（種子電子）在電場(chǎng)作用下向陽(yáng)極運(yùn)動(dòng)過(guò)程中動(dòng)能增大，并與氣體粒子發(fā)生碰撞電離，產(chǎn)生新電子，新電子向陽(yáng)極 運(yùn)動(dòng)也會(huì)使得氣體電離，于是電子數(shù)量增多，帶電粒子像雪崩式的增殖，即電子雪崩或電子繁流。5.系數(shù)電子沿電場(chǎng)方向運(yùn)動(dòng)1cm平均發(fā)生的碰撞電離次數(shù)電子崩過(guò)程（過(guò)程）稱為電

11、子碰撞電離系數(shù)（或電子對(duì)氣體的體積電離系數(shù)）。與放電氣體性質(zhì)，氣體壓強(qiáng)及給定放電點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)等有關(guān)。電離系數(shù)依賴于氣體壓強(qiáng)和電場(chǎng)強(qiáng)度。6. 系數(shù)（正離子的表面電離系數(shù)）折合到每個(gè)碰撞陰極表面的正離子，使陰極金屬平均釋放出的自由電子數(shù)離子崩達(dá)到陰極后引起陰極發(fā)射二次電子的過(guò)程（過(guò)程）。g與氣體性質(zhì)，電極材料和離子能量等有關(guān)。7. 湯遜理論的實(shí)質(zhì)：電子碰撞電離是氣體放電的主要原因，二次電子來(lái)源于正離子撞擊陰極使陰極表面逸出電子，逸出電子是維持氣體放電的必要條件。 所逸出的電子能否接替起始電子的作用是自持放電的判據(jù)。適用范圍：解釋低氣壓、短氣隙中的放電現(xiàn)象。8.影響系數(shù)的因素：（1）氣體的電離電位高，陰

12、極的逸出功低，則值就大；（2）正離子的動(dòng)能大小也直接影響值大小，因?yàn)檎x子被陰極吸收后的動(dòng)能將變?yōu)榱悖@些動(dòng)能同樣被轉(zhuǎn)化為逸出電子的能量；（3）值的大小還與陰極表面附近的E/P值有關(guān)。9. 正離子引起次級(jí)電子發(fā)射的能量主要來(lái)源于電離能。10. 自持放電條件可表達(dá)為:11. 擊穿判據(jù)的物理意義 ：若最初從陰極逸出一個(gè)初始電子，設(shè)電子在加速同時(shí)不斷碰撞電離，到達(dá)陽(yáng)極時(shí)電子數(shù)目為, 產(chǎn)生的離子數(shù)為(-1)，這些正離子最終通過(guò)g作用，產(chǎn)生二次電子，若二次電子數(shù)g-11，這些二次電子就可作為種子等初始電子一樣產(chǎn)生連續(xù)電流，從而使得放電持續(xù)進(jìn)行。即僅由電子作用產(chǎn)生初始電子時(shí)，電流在一個(gè)脈沖后會(huì)終止。但同時(shí)

13、加上離子的作用，會(huì)不斷從陰極補(bǔ)充種子電子使放電持續(xù)下去，此即自持放電含義。12. 帕邢定律：擊穿電位的表達(dá)式為：13.影響擊穿電壓的因素：在其他條件不變條件下，擊穿電壓與氣體性質(zhì)有關(guān)，且隨著電極材料，表面狀況和電極結(jié)構(gòu)（電場(chǎng)分布）而變。14. 雜質(zhì)氣體對(duì)擊穿電位的影響，如摻入低電離能的氣體可降低擊穿電壓，相反，若摻入雙原子分子氣體，則著火電壓要升高。15. 電場(chǎng)分布對(duì)擊穿電壓的影響：（1） 在均勻電場(chǎng)條件下測(cè)得的帕邢曲線，在正負(fù)電極反號(hào)前后，兩條帕邢曲線重合。（2） 同軸圓筒電極系統(tǒng)的電極間電場(chǎng)分布不均勻。當(dāng)中心電極接正電位時(shí)，陰極附近電場(chǎng)相當(dāng)弱，擊穿電壓較高；當(dāng)中心電極接負(fù)電位時(shí)，陰極附近電

14、場(chǎng)較強(qiáng)，擊穿電壓就低。16. 羅果夫斯基空間電荷理論在湯森放電理論基礎(chǔ)上，提出了在氣體擊穿過(guò)程中應(yīng)考慮空間電荷對(duì)放電的影響。 第五章 輝光放電1. 正常輝光放電時(shí)，沿著存在有電場(chǎng)的管軸方向，放電管發(fā)光空間呈現(xiàn)明暗相間的光層分布分為五個(gè)區(qū)域：（一）陰極區(qū)，（二）負(fù)輝區(qū)，（三）法拉第暗區(qū)，（四）正柱區(qū)，（五）陽(yáng)極區(qū)。2. 正常輝光放電的陰極區(qū)由三部分組成：阿斯頓暗區(qū)，陰極輝光區(qū)克魯克斯暗區(qū)。3.輝光放電發(fā)光強(qiáng)度排序：負(fù)輝區(qū)最亮，正柱區(qū)次之，陰極區(qū)最弱。4.輝光放電外貌與氣體種類，壓強(qiáng)，放電管尺寸，電極材料及形狀，極間距等有關(guān)。改變電極間距，陰極區(qū)和負(fù)輝區(qū)不受影響（負(fù)輝區(qū)和克魯克斯暗區(qū)保留），而最大

15、正柱區(qū)，法拉第暗區(qū)可完全消失。5. 正常輝光放電：放電電流只從陽(yáng)極表面的一部分流過(guò)，隨著電流增加，陰極被放電電流覆蓋的面積也增加兩者成正比，此時(shí)陰極位降與放電電流及氣壓無(wú)關(guān)。6.反常輝光放電：當(dāng)放電電流大于某一值時(shí)，放電覆蓋整個(gè)陰極表面，隨后電流密度和陰極位降都增加，這種放電的陰極位降為反常陰極位降。7. 輝光放電正柱區(qū)本質(zhì)上就是等離子體區(qū)，空間宏觀電荷密度為零，帶電粒子以雜亂為主，不存在雪崩式的電離過(guò)程。正柱中電子的損失可認(rèn)為主要是由在管壁的復(fù)合造成的。8. 輝光放電中陽(yáng)極僅僅起到搜集電子的作用。9. 陰極濺射：當(dāng)空心陰極放電時(shí)，放電空間的正離子向陰極移動(dòng)，在陰極位降區(qū)的高場(chǎng)強(qiáng)作用下，正離子

16、不斷轟擊陰極表面，使得陰極表面金屬原子分解，產(chǎn)生的粒子附著在附近的管壁上，使之發(fā)黑。即陰極濺射。10.濺射率S0每個(gè)正離子能夠從陰極表面濺射出的原子數(shù)。11. 濺射率與陰極材料性質(zhì)，離子能量與質(zhì)量，氣體壓力，陰極表面狀況有關(guān)。12.陰極阻塞：當(dāng)空心陰極放電下，若電極間距進(jìn)一步縮短，則電壓會(huì)增加，放電出現(xiàn)阻塞現(xiàn)象。13?？招年帢O放電：在輝光放電時(shí)，當(dāng)電極間距縮小到某一程度，陰極和陽(yáng)極之間只出現(xiàn)負(fù)輝區(qū)，可得到?jīng)]有正柱的放電。若將陰極制成平行平板，U字形或圓筒形，兩個(gè)陰極面相對(duì)放置，則兩個(gè)電子束彼此匯合，使得負(fù)輝區(qū)合并在一起，發(fā)光更明亮且較均勻。14. 空心陰極放電裝置見(jiàn)P9815. 空心陰極放電主

17、要特征：（1）放電維持電壓降低；（2）陰極電流密度增加；（3）在某些條件下，放電電壓-電流特性變?yōu)樨?fù)；（4）陰極暗區(qū)長(zhǎng)度縮短；（5）負(fù)輝區(qū)中高能和低能電子密度都變高。16. 空心陰極放電產(chǎn)生條件：（1）一定氣壓下，空心圓筒陰極的半徑必須大于陰極暗區(qū)厚度；（2）圓筒陰極的長(zhǎng)度與直徑之比大于7；（3）維持空心陰極放電必須有相當(dāng)強(qiáng)的光輻射。17. 輝光放電是湯森放電的進(jìn)一步發(fā)展，它們之間的一個(gè)主要差別是輝光放電具有較大的放電電流密度，而且空間電荷效應(yīng)起著顯著作用，因此討論輝光放電時(shí)必須考慮空間電荷問(wèn)題。18. 發(fā)生空心陰極效應(yīng)的本質(zhì)是電子擺動(dòng)。理論上一次電子擺動(dòng)可引起幾十個(gè)原子的激發(fā)或電離。19.

18、空心陰極放電的陰極位降比反常輝光放電小得多，因此放電電流密度增加不完全依賴于正離子轟擊陰極所引起的次級(jí)電子發(fā)射來(lái)實(shí)現(xiàn)，而是依靠電子在陰極間的來(lái)回振蕩和紫外光子及亞穩(wěn)原子轟擊陰極所引起的次級(jí)電子發(fā)射。20. 當(dāng)空心陰極間距過(guò)小時(shí)，電流密度不但不會(huì)增加反而下降為零，這是因?yàn)樘峁╇娮友┍赖目臻g太小了。P99 第六章電弧放電1. 電弧放電應(yīng)用：高溫特性，可用于對(duì)難熔金屬切割焊接噴涂。發(fā)光特性：制造高亮度高光效放電燈如高壓汞燈，鈉燈金屬鹵鎢燈電流密度大，陰極位降低，熱陰極充氣管（如閘流管，整流管）在固態(tài)氣態(tài)激光器中，用作泵浦源電弧放電法原位清洗光學(xué)元件。2. 由放電伏安特性曲線可知，利用減小外阻增加輝光

19、放電電流，起初陰極發(fā)射電子面積增大，而極間電壓保持不變（正常輝光放電），到反常輝光放電后，若電流繼續(xù)增加，極間電壓經(jīng)最大值后劇降，并過(guò)渡到低電壓大電流放電即弧光放電。特征：(1)電流密度大。正柱區(qū)106A/m2或更高，陰極位降區(qū)1061010A/m2,而輝光10100A/m2(2) 陰極位降低；電弧10V,輝光100V量級(jí)，例外高氣壓長(zhǎng)弧放電管可達(dá)千伏以上。(3)溫度和發(fā)光度高，放電時(shí)呈現(xiàn)弧狀白光，產(chǎn)生高溫。3.啟動(dòng)電弧的四種方法：（1）電極相互接觸后迅速分離的方法；（2）改變輝光放電的放電條件，使之向電弧過(guò)渡；在一定的電流下增加氣壓，或者在一定的氣壓下，增大放電電流；通常采用減小外電路電阻的

20、方法來(lái)增加放電電流。（3）在電壓不很高下，應(yīng)用預(yù)電離使氣體擊穿形成電??；（4）在兩個(gè)電極間外加一個(gè)足以使放電間隙擊穿的電壓，可形成一個(gè)火花而轉(zhuǎn)成穩(wěn)定的電弧放電。4. 電弧放電管分三個(gè)區(qū)：陰極區(qū)（陰極，陰極斑點(diǎn)，陰極鞘層）;正柱區(qū); 陽(yáng)極區(qū)（陽(yáng)極，陽(yáng)極斑點(diǎn)，陽(yáng)極鞘層）陰極：靠熱電子發(fā)射和場(chǎng)致發(fā)射產(chǎn)生電子，并維持放電電流。正柱區(qū)：傳導(dǎo)電流作用，電壓降較小，長(zhǎng)度由極間距和氣壓決定。分為等離子體核心（熱平衡）和等離子體暈（圍繞核心的非熱平衡）兩區(qū);正柱區(qū)溫度與電極材料，工作氣體，電流密度相關(guān)。陽(yáng)極區(qū)：起被動(dòng)作用，一般只有一個(gè)電子自由程。通過(guò)調(diào)節(jié)陽(yáng)極位降大小使得陽(yáng)極接收的電子流滿足外電路電流值；陽(yáng)極收集

21、電子電流，由高熔點(diǎn)難熔金屬制成。5. 陰極發(fā)射機(jī)理：陰極處，電流密度高，而陰極位降低，表明電弧放電中陰極發(fā)射過(guò)程比湯森放電的g過(guò)程有效的多。（1）自持熱陰極電弧放電;放電發(fā)生在難熔電極，陰極白熾化，T>3000K,放電電流靠熱電子發(fā)射維持，集中于斑點(diǎn)上。陰極鞘層厚度為電子平均自由程量級(jí)，電子幾乎不與氣體碰撞，當(dāng)外電壓足夠大時(shí)，電子在陰極鞘層獲得足夠能量后與氣體碰撞電離。由于電子遷移速度大于離子，碰撞電離后正離子聚集在鞘層處，形成正空間電荷，正離子在陰極位降加速下，撞擊電極，把能量交給陰極以維持陰極高溫。（2）自持冷陰極電弧放電: 發(fā)生于易蒸發(fā)材料做電極，如汞弧，在汞蒸氣中以汞做陰極的自持

22、電弧放電。陰極斑點(diǎn)不固定，由于汞易蒸發(fā)，在陰極附近，汞蒸氣濃度增加使得平均自由程減小，陰極鞘層的場(chǎng)強(qiáng)達(dá)108V/m2, 此強(qiáng)場(chǎng)是靠近陰極表面的正離子層引起，在強(qiáng)場(chǎng)下陰極中傳導(dǎo)電子克服表面位壘而逸出，形成冷陰極場(chǎng)致發(fā)射;（3）非自持熱陰極電弧放電（或外加熱陰極電弧放電）:靠外加電源加熱陰極，使之產(chǎn)生高溫維持熱電子發(fā)射。此時(shí)，電子從整個(gè)陰極表面發(fā)射而不形成陰極斑點(diǎn)。這種放電不需大量正離子轟擊陰極產(chǎn)生熱電子發(fā)射，管內(nèi)產(chǎn)生的正離子作用僅為抵消陰極附近負(fù)空間電荷影響。故只需很低的極間電壓就可獲得大電流，陰極位降與氣體電離電位差不多。 與自持放電不同，電離過(guò)程不發(fā)生在陰極而是在正柱區(qū)，陰極出發(fā)的電子在鞘層

23、得到加速后，攜帶相應(yīng)的能量以很大定向運(yùn)動(dòng)速度進(jìn)入正柱區(qū)，電子通過(guò)與原子，離子或激發(fā)原子的相互作用交換能量，部分電子具有超過(guò)電離電位的能量，可使原子電離。在輝光放電中陽(yáng)極通常只起著收集電子作用，陽(yáng)極位降比陰極位降小，可在弧光放電中尤其高氣壓的陽(yáng)極溫度大于或等于陰極溫度。6. 一般自持熱陰極電弧放電的伏安特性曲線斜率為負(fù)的，即隨著放電電流增加，極間壓降下降。這主要是由于隨著電流增加軸向電場(chǎng)強(qiáng)度減小所致。在平衡態(tài)，單位長(zhǎng)度正柱區(qū)中消耗的功率中一部分用于產(chǎn)生電離來(lái)補(bǔ)償帶電粒子復(fù)合所造成的損失，另一部分則消耗于輻射，對(duì)流和傳導(dǎo)等。7. 正柱區(qū)中帶電粒子的產(chǎn)生主要靠電子和基態(tài)原子碰撞電離及電子和激發(fā)原子碰

24、撞電離（逐級(jí)電離）。隨著放電電流增加，逐次電離作用更加重要?？傠婋x次數(shù)正比于In8. 正柱區(qū)中帶電粒子的損失主要有兩種形式：即管壁復(fù)合和體積復(fù)合。管壁復(fù)合速率與I成正比，體積復(fù)合速率與I2成正比。若放電管管徑小，氣壓低，就以管壁復(fù)合為主；若管徑大，氣壓高，則以體積復(fù)合為主。9. 當(dāng)電流增加時(shí)，若管壓不變，則放電空間帶電粒子的產(chǎn)生必定超過(guò)帶電粒子的損失。為維持放電平衡，當(dāng)電流增加時(shí)，必須減少電離碰撞次數(shù)，即必須降低電子溫度，也即必須減小軸向場(chǎng)強(qiáng)，使得管壓下降。顯然伏安特性為負(fù)的。 歸納起來(lái)，在放電電流增加時(shí)，帶電粒子產(chǎn)生的速率將超過(guò)帶電粒子損失的速率，則伏安特性為負(fù)的，反之，伏安特性為正的。 伏

25、安特性為負(fù)的會(huì)帶來(lái)一些不便，如大部分氣體放電燈具具有負(fù)特性，為了使得放電燈穩(wěn)定工作，通常必須使用鎮(zhèn)流器。10. 溫度與氣壓關(guān)系：在低氣壓時(shí)，電子溫度高于離子溫度; 高氣壓時(shí)，電子溫度近似等于離子溫度原因：電子與氣體原子間的碰撞大多為彈性碰撞，電子給原子很少部分能量。當(dāng)氣壓升高時(shí)，碰撞頻繁。11. 高氣壓電弧正柱特征：溫度很高，處于熱力學(xué)平衡態(tài)，溫度隨壓強(qiáng)和電流上升。 在高氣壓電弧中，由于其溫度梯度很大，電弧正柱承載很強(qiáng)的對(duì)流干擾，當(dāng)電弧橫向點(diǎn)燃時(shí)，對(duì)流會(huì)使電弧中間向上凸起，增加電弧的有效長(zhǎng)度，若電源電壓不足以維護(hù)電弧拉長(zhǎng)，則電弧會(huì)被吹斷。利用螺旋形氣流把電弧圍住，可穩(wěn)定電弧防止被吹斷。12.

26、低氣壓放電正柱區(qū)，電子放電電流主要承擔(dān)者，而正離子只起中和電子空間電荷作用。 第七章火花放電1. 火花放電是一種不連續(xù)不穩(wěn)定的持續(xù)放電，在放電間隙會(huì)出現(xiàn)曲折而有分支的細(xì)絲，并發(fā)出強(qiáng)閃光和破裂聲。2. 當(dāng)高壓電源的功率不太大時(shí)，高電壓電極間的氣體被擊穿，出現(xiàn)閃光和爆裂聲的氣體放電現(xiàn)象。在通常氣壓下，當(dāng)在曲率不太大的冷電極間加高電壓時(shí)，若電源供給的功率不太大，就會(huì)出現(xiàn)火花放電，火花放電時(shí)，碰撞電離并不發(fā)生在電極間的整個(gè)區(qū)域內(nèi)，只是沿著狹窄曲折的發(fā)光通道進(jìn)行，并伴隨爆裂聲。由于氣體擊穿后突然由絕緣體變?yōu)榱紝?dǎo)體，電流猛增，而電源功率不夠，因此電壓下降，放電暫時(shí)熄滅，待電壓恢復(fù)再次放電。所以火花放電具有

27、間隙性。雷電就是自然界中大規(guī)模的火花放電。3.日光燈的啟輝器也利用火花放電原理。閉合日光燈的電鍵時(shí)，電壓使啟輝器的玻璃管中的氖氣放電，放電生熱使玻璃管中動(dòng)片受熱膨脹與靜片接通。在這一過(guò)程中發(fā)出閃光和咔嚓聲。待動(dòng)片與靜片斷開(kāi)時(shí)，高電壓又使燈管中的水銀蒸氣放電，日光燈發(fā)光。4.火花放電維持時(shí)間108106s;5.流注：火花放電陽(yáng)極附近存在電離粒子的大量集聚，電離度大大超過(guò)電子雪崩中的電離度，高度電離區(qū)的形成及迅速傳播特征稱為流注或流光。放電中的流注發(fā)展速度增長(zhǎng)非常迅速，約108s,非均勻電場(chǎng)中流注發(fā)展不規(guī)則，每次放電形狀，外貌均不同。6. 流注按起點(diǎn)區(qū)分為正流注和負(fù)流注7. 正流注是在起始雪崩的頭

28、部到達(dá)陽(yáng)極后從陽(yáng)極到陰極發(fā)展，正柱擴(kuò)展速度大于電子雪崩擴(kuò)展速度。任何地點(diǎn)發(fā)生的流注都能發(fā)展為火花放電。從陰極向陽(yáng)極發(fā)展的流注稱為負(fù)流注。8. 在通常的大氣壓下，當(dāng)放電電源功率不足以產(chǎn)生和維持穩(wěn)定的弧光放電時(shí)，高電壓的氣體放電從非自持放電過(guò)渡到自持放電的最終階段會(huì)發(fā)展為火花放電?；鸹ǚ烹姷闹痣妷旱扔谧猿址烹姷闹痣妷?，在其他條件相同情況下，著火電壓唯一地決定于電極間距離。11. 火花放電通常是在很高電壓下發(fā)生，因此它的著火電位很高；但當(dāng)放電間隙擊穿后，它的電阻變得很小這樣在電路中就要流過(guò)很大電流，并引起電路中電位重新分布。結(jié)果在放電間隙內(nèi)只有很小的電壓。若電源功率較小，那么在很短時(shí)間內(nèi)強(qiáng)大的電

29、流脈沖通過(guò)火花通道后，火花會(huì)遭到中斷。此時(shí)電極間的電壓又會(huì)重新上升到原來(lái)數(shù)值，于是重新發(fā)生火花擊穿和生成新的火花通道，這就是火花放電表現(xiàn)出不連續(xù)的原因。（簡(jiǎn)答題）12.在火花隙電極之間的電容越大時(shí)，極間電壓升高所需要的時(shí)間就越長(zhǎng)；因此如果在電路內(nèi)接入和火花平行的電容，那么相繼兩個(gè)火花的時(shí)間間隔就變長(zhǎng)了，火花的強(qiáng)度及相關(guān)的效應(yīng)也增大了。大量電荷流過(guò)火花通道，將增加電流脈沖的強(qiáng)度和時(shí)間。在大電容的情況下，每個(gè)放電脈沖都有大量電荷通過(guò)火花，因?yàn)椋鸹ㄍǖ烂髁恋匕l(fā)光，并引起寬闊的光帶，這種放電稱為高電容火花放電或高電容放電。13. 湯森放電理論在大氣壓下遇到的主要困難：（1）關(guān)于放電形成時(shí)延；（2）關(guān)

30、于放電起始位置；（3） 關(guān)于光照的影響。14. 流注理論：Meek和Reather 建立流注理論，認(rèn)為電子碰撞電離及空間光電離是維持自持放電的主要因素。并強(qiáng)調(diào)空間電荷畸變電場(chǎng)的作用。15. Reather 判據(jù)：當(dāng)離子濃度為106108時(shí)，電子崩的發(fā)展被減弱，這種低于指數(shù)增長(zhǎng)速度是由于正極性空間電荷消弱了外加電場(chǎng)對(duì)電子的加速，從而降低了電子電離能力。當(dāng)離子的濃度大于108時(shí)，間隙電流劇增，隨后間隙擊穿，在此階段，正離子形成的空間電荷足夠強(qiáng)，可激發(fā)流注過(guò)程。故流注形成條件也即自持放電條件為16. 流注的形成直接取決于初始電子崩頭部的電荷，即空間電荷增加到一定數(shù)量時(shí)，電場(chǎng)被畸變而加強(qiáng)到一定強(qiáng)度并造

31、成足夠空間光電離后方能轉(zhuǎn)為流注。 因空間電荷量和空間光電離強(qiáng)度都與氣體密度有關(guān)。 第八章電暈放電1. 電暈放電的定義： 電暈放電發(fā)生于處于電擊穿點(diǎn)之前的電氣上受壓狀態(tài)的氣體在尖端，邊緣或絲附近的高電場(chǎng)區(qū)，在其它電場(chǎng)弱的地方不發(fā)生電離，只產(chǎn)生局部放電，是湯森暗放電的特征現(xiàn)象。在電極周?chē)a(chǎn)生暗輝光。2. 特征： 屬于自持放電，放電電壓降比輝光大（千伏量級(jí)）。但是放電電流較?。ㄎ擦考?jí)），發(fā)生在電極間電場(chǎng)分布不均勻條件下。 若電場(chǎng)分布均勻，放電電流較大，則發(fā)生輝光放電，若提高外加電壓，而電源功率又不夠大，則轉(zhuǎn)變?yōu)榛鸹ǚ烹?；若電源功率夠大，則電暈放電轉(zhuǎn)變?yōu)殡娀》烹姟?. 電暈放電是極不均勻電場(chǎng)所特有的一種自持放電形式，它與其它形式的放電有本質(zhì)的區(qū)別。 4. 電暈放電的電流強(qiáng)度取決于：外施電壓的大小，電極形狀，極間距離，氣體的性質(zhì)和密度等。5. 湯森研究了圓柱形電極構(gòu)型下空間電荷對(duì)電流的制約作用。電暈放電可分為兩個(gè)區(qū)域，一個(gè)是電離區(qū)域，一個(gè)是遷移區(qū)域，湯森在研究中僅考慮了電離區(qū)域以外區(qū)域的傳導(dǎo)。 第九章 介質(zhì)阻擋放電1. 介質(zhì)阻擋放電是有絕緣介質(zhì)插入放電空間的一種氣體放電.2. 介質(zhì)阻擋放電基本原理:介質(zhì)可以覆蓋在電極上或者懸掛在放電空間里。當(dāng)在放電電極上施加足夠高的交流電壓時(shí)，電極間的氣體，即使在很高氣壓下也會(huì)被擊穿而形成所謂的介質(zhì)阻擋放電。這種放電表現(xiàn)為很均勻，漫散