放电物理4.ppt

1、氦原子的能级,有两个电子，两个价电子 基态： 两个电子在1s轨道上，1s2， 谱项 11S0 激发态：1s12s1, 谱项： 21S0 (20.6ev)， 23S1(19.8ev) 激发态：1s12p1, 21P1, 23P0,1,2 其他激发态的组态和谱项 类似. 谱项有两组，分别自旋s=0和s=1。氦的能级分为两个系列，分别称为仲氦和正氦。 亚稳态： 21S0， 23S1，不满足角动量选择定则,能级的寿命,能级的寿命：能级参与的跃迁过程决定的，跃迁越频繁，寿命越短。 本征寿命：辐射寿命 激发态的本征寿命：10-8 s, 亚稳态的寿命：理论上很长，实际上由于其他非电磁作用的存在，也有非辐射跃

2、迁发生，但是频率很低，因此寿命长，1ms 亚稳态能量高，以此为始的跃迁，需要能量低。电离过程需要能量也低，对电离过程影响很大。,激发和电离,原子，分子是中性的，但内部存在带电结构 能级跃迁是原子内能的变化。原子中电子从外界获得能量。 从低能态到高能态，激发跃迁。反之，退激发跃迁。 从束缚态到连续态，电子脱离，电离，产生带电粒子，气体导电。 带电粒子产生是原子中电子能态变化的一类过程。,激发能和电离能,原子从基态到任意激发态的跃迁，需要能量。而且是共振吸收这一能量，这就是激发能。 不同能级的激发能不同 H原子：13.6ev, 3.4ev, 1.51ev, 10.2ev, 12.1ev He原子:

3、 24.47ev, 4.67ev, 3.87ev 19.8ev, 20.6ev 电离能：是原子发生电离跃迁需要的最小能量。基态到连续态的最小能量 不同原子的电离能不同，多电子原子有第一电离能，第二电离能，等等 H: 13.6ev, He: 24.47ev, O:13.6ev, N:14.54ev,激发和电离方式,加热：中性粒子的碰撞 碰撞：带电粒子的碰撞 场能：场致电离和激发 波能量：电磁波 内能量交换：化学反应能,电磁场能量是实现原子激发和电离的最有效能量转移途径,电子的亲和,电离和激发都是原子能量升高的过程 有些电负性大的原子，能够吸附电子，称为负离子。是能量降低的过程。 需要存在电子和电

4、负性原子或者分子 F, O, OH, Cl等， F2, O2, Cl2,电子亲和能,气态原子获得一个电子成为一价负离子所放出的能量称为电子亲和能(负值)。电子亲和能的绝对值一般约比电离能小一个数量级. 随原子半径减小而增大，但电子间的排斥力相应增大,电负性 用以量度原子对成键电子吸引能力相对大小的结构参数。电负性也可看作是原子形成负离子倾向相对大小的量度。 Pauling的电负性标度(p)： 以F的电负性为4.0作为相对标准，由一系列电负性数据拟合，得出经验方程：AB0.1021/2；AB表示 AB键中A原子和B原子的电负性差，表示AB键键能与AA键和BB键键能的几何平均值之差。例如，HF键的

5、键能为565kJmol1，HH和FF键的键能分别为436和155 kJmol1 ， 它们的几何平均值为 (436155)1/2=260。 305 kJmol1 ，则H的电负性为B 4.00.102(305)1/22.2 Pauling的电负性标度是用两元素形成化合物时的键能数值来计算的，是测定电负性的依据。,带电粒子的产生,原子分子电离，可以产生带电粒子 固体电离也可以产生带电粒子 主要是电子的产生 高能带电粒子轰击金属表面电子发射 光子照射金属表面-光电效应，光电发射 金属表面的强电场-场致发射 气体放电过程中，电极表面的电子发射是非常关键的过程,带电粒子的产生,带电粒子产生是在放电气体中发

6、生的，气体电离之后，带电粒子的产生过程也随之变化 不但需要单个带电粒子的产生规律，而且需要大量带电粒子产生的集体规律 气体中带电粒子数量达到一定限度，气体可以导电，变为电离气体,电离气体,电离气体中的粒子,电离气体中的过程,碰撞过程,非弹性碰撞,光子与其他粒子之间的能量转移过程,激发和电离过程中，原子的内能增加的过程,碰撞过程中的能量转移,为了研究被碰粒子的能量变化，消去入射粒子的状态量,粒子2的散射角是任意的，因此平均意义上,能量转化效率非常高,当非弹性碰撞发生在重粒子之间，例如：离子与原子之间,碰撞截面反映了粒子的散射能力，因此也叫散射截面 不同的碰撞过程产生的散射能力用不同的碰撞截面描述

7、，如：弹性碰撞截面，激发碰撞截面，电离碰撞截面 碰撞截面的大小：原子截面的量级， 也用Bohr半径表示，称为 靶(b),截面与气体原子的数密度（气压）和温度无关，引入总有效碰撞截面,其单位量纲是 cm-1,总有效碰撞截面的物理意义： 入射粒子行进单位长度时受到的碰撞次数 入射粒子碰撞一次走过的路径长度-自由程 总碰撞截面是各类碰撞截面之和,2. 碰撞频率和碰撞几率,某种碰撞在所有碰撞中所占比例，就是碰撞几率,入射粒子在单位时间内发生的碰撞次数 就是碰撞频率,碰撞频率的单位：s-1,放电气体中发生最多的还是弹性碰撞，即弹性碰撞截面最大，弹性碰撞自由程最短。弹性碰撞决定了自由程。 碰撞截面与电子能量的关系是复杂的，通常实验测定 下面几种气体的各类