的原理并详细论述辉光放电过渡到弧光放电的过程和.doc

根据气体放电相关知识，对比分析辉光放电和弧光放电的原理，并详细论述辉光放电过渡到弧光放电的过程和转变机理。温东权奥鹏卡号：200904537309奥鹏深圳直属学习中心一 辉光放电的概念，原理1辉光放电有亚正常辉光和反常辉光两个过渡阶段，放电的整个通道由不同亮度的区间组成，即由阴极表面开始，依次为：阿斯通暗区；阴极光层；阴极暗区(克鲁克斯暗区)；负辉光区；法拉第暗区；正柱区;阳极暗区;阳极光层。其中以负辉光区、法拉第暗区和正柱区为主体。这些光区是空间电离过程及电荷分布所造成的结果，与气体类别、气体压力、电极材料等因素有关，这些都可以从放电理论上作出解释。辉光放电时，在两个电极附近聚集了较多的异号空间电荷，因而形成明显的电位降落，分别称为阴极压降和阳极压降。阴极压降又是电极间电位降落的主要成分，在正常辉光放电时，两极间的电压不随电流变化，即具有稳压的特性。 辉光放电时，在放电管两极电场的作用下，电子和正离子分别向阳极、阴极运动，并堆积在两极附近形成空间电荷区。因正离子的漂移速度远小于电子，故正离子空间电荷区的电荷密度比电子空间电荷区大得多，使得整个极间电压几乎全部集中在阴极附近的狭窄区域内。这是辉光放电的显著特征，而且在正常辉光放电时，两极间电压不随电流变化。 在阴极附近，二次电子发射产生的电子在较短距离内尚未得到足够的能使气体分子电离或激发的动能，所以紧接阴极的区域不发光。而在阴极辉区，电子已获得足够的能量碰撞气体分子，使之电离或激发发光。其余暗区和辉区的形成也主要取决于电子到达该区的动能以及气体的压强（电子与气体分子的非弹性碰撞会失去动能）。2辉光放电: 在低压气体中显示辉光的放电现象。例如，在低压气体放电管中，在两极间加上足够高的电压时，或在其周围加上高频电场，就使管内的稀薄气体呈现出辉光放电现象，其特征是需要高电压而电流密度较小。辉光的部位和管内所充气体的压强有关，辉光的颜色随气体的种类而异。荧光灯、霓虹灯的发光都属于这种辉光放电。二弧光放电的概念，原理1电弧或弧光放电是气体放电的一种形式，气体放电在性质上和外观上是各种各样的。在正常状态下，气体有良好的电气绝缘性能。但当在气体间隙的两端加上足够大的电场时，就可以引起电流通过气体。这种现象称为放电。2弧光放电: 产生高温的气体放电现象，它能发射出耀眼的白光。通常是在常压下发生，并不需要很高的电压，而有很强的电流。例如把两根炭棒或金属棒接于电压为数十伏的电路上，先使两棒的顶端相互接触，通过强大的电流，然后使两棒分开使两端间保持不大的距离，这时电流仍能通过空隙，而使两端间维持弧形白光，称之为“电弧”。维持电弧中强大电流所需的大量离子，主要是由电极上蒸发出来的。电弧可作为强光源（如弧光灯）、紫外线源（太阳灯）或强热源（电弧炉、电焊机等）。在高压开关电器中，由于触头分开而引起电弧，有烧毁触头的危害作用，必须采取措施，使之迅速熄灭。在加速器的离子源中，也有用弧放电的源。这种弧放电机制是：电子从加热到白炽的阴极发射出来，在起弧电源的电场加速下，获得一定能量后与气体原子碰撞，产生激发与电离而引起的放电也称为“弧放电”。照明光源品种很多，按发光形式分为热辐射光源、气体放电光源和电致发光光源3类。 热辐射光源。电流流经导电物体，使之在高温下辐射光能的光源。包括白炽灯和卤钨灯两种。气体放电光源。电流流经气体或金属蒸气，使之产生气体放电而发光的光源。气体放电有弧光放电和辉光放电两种，放电电压有低气压、高气压和超高气压 3种。弧光放电光源包括：荧光灯、低压钠灯等低气压气体放电灯，高压汞灯、高压钠灯、金属卤化物灯等高强度气体放电灯，超高压汞灯等超高压气体放电灯，以及碳弧灯、氙灯、某些光谱光源等放电气压跨度较大的气体放电灯。辉光放电光源包括利用负辉区辉光放电的辉光指示光源和利用正柱区辉光放电的霓虹灯，二者均为低气压放电灯；此外还包括某些光谱光源。电致发光光源。在电场作用下，使固体物质发光的光源。它将电能直接转变为光能。包括场致发光光源和发光二极管两种 三辉光放电过渡到弧光放电的过程及辉光放电转变为弧光放电的机理弧光（arc）放电时气体放电的又一种重要形式。其特点是电流密度大、阴极电位降低、发光度低和温度高。减小外电路电阻来增加辉光放电电流，起初只是阴极发射电子的面积增大，而电极间电压保持不变（正常辉光放电情况）。当整个阴极表面都产生电子发射后，电流进一步增加，极间电压就增加（异常辉光放电）。如果继续再增加电流，发现极间电压经过一个最大值后急剧下降，并过渡到低电压、大电流，辉光到弧光的过渡区，既有热电子发射电流，也有二次电子发射电流，阴极电子发射开始显著，全部电流由热电子发射供给时，表示过渡区结束，弧光放点开始。例如对于商用充氩金卤灯，其启动过程通常都被描述为，首先产生低气压氩一钨辉光放电，由于电极是一对直径较小的细钨棒，回路阻抗很小，启动后电流迅速增大，电极上的电流密度很大，电极迅速加热，阴极的电子发射迅速从辉光放电的二次电子发射转化为热电子发射，同时放电模式相应转化为低气压、热阴极弧光放电，此时放电压降由低气压的氩、汞混合气体形成的低气压弧光放电决定，通常在15V左右。随着汞及金属卤化物的蒸发，放电逐步转入高气压弧光放电，灯压降亦随之相应升高。在前述放电发展过程中，从放电开始到辉光放电建立的第一阶段是由触发脉冲完成的。随后从辉光放电向弧光放电过渡的初始阶段，在放电压降仍高于电源电压的情况下，其发展仍需靠触发脉冲支持。当放电发展到电弧压降低于电源电压以后，其继续发展直到稳定弧光放电的建立，则是由点灯电源自动完成的。放电发展的前期过程持续在毫秒量级，所以触发脉冲持续时间至少得满足前期放电发展过程的需要，否则将不可能建立稳定的弧光放电。在高压触发脉冲宽度不够的情况下，放电电流不可能持续增加，阴极就不能升温到产生足够热电子发射的程度，弧光放电将不可能建立。因此，此类放电的建立对触发脉冲宽度有一定要求，否则放电一闪即灭。多种型号触发器之所以不能可靠地触发金卤灯，大部分不是由于脉冲幅度不够，而是脉冲宽度不足以保证每次触发都能使放电发展为稳定的辉光放电。金属卤化物灯主要依靠金属卤化物作为发光材料,金属卤化物以固体形态存在灯内。因此,灯内必须充有少量的引燃气体氢或氙,以便点燃灯泡。灯点燃后,首先工作在低气压弧光放电状态,此时灯两极电压很低,约1820V,光输出也很少,这时主要产生热能,使整个灯体加热,引入灯中的金属卤化物随温度升高不断蒸发,成为金属卤化物蒸气,在热对流的作用下,不断向电弧中心流动,一部分金属卤化物被电弧55006000K高温分解,成为金属原子和卤素原子,在电场的作用下,金属原子被激发发光;另一部分金属卤化物不被电弧高温所分解,在高温和电场双重作用下,直接激发形成分子发光。由于各种金属卤化物蒸发温度不同,因此,这些粒子陆续蒸发参与发光,所以有不同的原子光谱相继出现,随着温度的逐渐升高,电弧中金属原子密度逐