1带电离子的产生和消失(1学时)

1、第第1讲讲 气体击穿的理论分析和气体间隙绝缘（气体击穿的理论分析和气体间隙绝缘（1）带点粒子的产生和消失带点粒子的产生和消失 一、带电粒子的产生一、带电粒子的产生（一）原子的激励和电离（一）原子的激励和电离 原子的能级原子的能级 原子结构可用行星系模型描述。原子结构可用行星系模型描述。 根据原子核外电子的能量状态，根据原子核外电子的能量状态，原子具有一系列可取的确定的能量原子具有一系列可取的确定的能量状态状态能级。能级。 郑州大学电气工程学院郑州大学电气工程学院 原子的激励原子的激励 原子在外界因素（电场、高原子在外界因素（电场、高温等）的作用下，吸收外界能温等）的作用下，吸收外界能量使其内部

2、能量增加，原子核量使其内部能量增加，原子核外的电子将从离原子核较近的外的电子将从离原子核较近的轨道跳到离原子核较远的轨道轨道跳到离原子核较远的轨道上去，此过程称原子的激励上去，此过程称原子的激励（或激发）。（或激发）。 激励能。不稳定状态。激励能。不稳定状态。郑州大学电气工程学院郑州大学电气工程学院原子的电离原子的电离 原子在外界因素作用下，原子在外界因素作用下，使其一个或几个电子脱离原使其一个或几个电子脱离原子核的束缚而形成自由电子子核的束缚而形成自由电子和正离子的过程。和正离子的过程。 电离能电离能Wi（电子伏（电子伏 eV）。）。 1eV一个电子行径一个电子行径1V电位电位差的电场所获得

3、的能量。差的电场所获得的能量。郑州大学电气工程学院郑州大学电气工程学院自由电子自由电子J106 .1106 .111eV1919 （二）气体中带电粒子的产生（二）气体中带电粒子的产生光电离光电离 光辐射引起的气体分子的电离过程。光辐射引起的气体分子的电离过程。 光电离条件光电离条件: 或或 式中：式中： h 普朗克常数普朗克常数, 4.1310-15eVs; 光子的频率；光子的频率； c光速，光速，3108m/s； 光的波长，光的波长，m.郑州大学电气工程学院郑州大学电气工程学院ihWihcW热电离热电离 一切因气体热状态引起的电离过程。一切因气体热状态引起的电离过程。 热电离条件热电离条件:

4、 式中：式中：K波尔茨曼常数，波尔茨曼常数，1.3810-23J/K； T绝对温度。绝对温度。32miWKTW郑州大学电气工程学院郑州大学电气工程学院碰撞电离碰撞电离 由于质点碰撞引起的电离过程。主要是电子碰撞电离。由于质点碰撞引起的电离过程。主要是电子碰撞电离。 碰撞电离条件：碰撞电离条件： 空间电离：光电离空间电离：光电离 热电离热电离 碰撞电离碰撞电离212eeiWm vqExW郑州大学电气工程学院郑州大学电气工程学院金属的表面电离金属的表面电离 电子从金属电极（阴极）表面逸出的过程。电子从金属电极（阴极）表面逸出的过程。 逸出功。逸出功。 （1）正离子撞击阴极）正离子撞击阴极 （2）光

5、电子发射（光电效应）光电子发射（光电效应） （3）热电子发射）热电子发射 （4）强场发射）强场发射郑州大学电气工程学院郑州大学电气工程学院负离子的形成负离子的形成 电子和气体分子碰撞非但没有电离出新电子，反而是附电子和气体分子碰撞非但没有电离出新电子，反而是附着于分子，形成负离子。着于分子，形成负离子。 阻碍放电的作用。阻碍放电的作用。 有些气体形成负离子时可释放出能量，这类气体容易形成有些气体形成负离子时可释放出能量，这类气体容易形成负离子负离子（氧、氟、氯等）。（氧、氟、氯等）。 SFSF6 6（很强的绝缘和灭弧性能，同时具有良好的物理化学（很强的绝缘和灭弧性能，同时具有良好的物理化学 性

6、能）性能）。郑州大学电气工程学院郑州大学电气工程学院二、带电粒子在气体中的运动二、带电粒子在气体中的运动1 1、自由行程长度、自由行程长度 带电粒子在电场中具有复杂的运动轨迹：带电粒子在电场中具有复杂的运动轨迹： “ “混乱热运动混乱热运动+ +沿电场作定向漂逸沿电场作定向漂逸” 平均自由行程长度平均自由行程长度 单位行程中的碰撞次数单位行程中的碰撞次数Z Z的的倒数。倒数。郑州大学电气工程学院郑州大学电气工程学院 实际自由行程长度是一个随机量，并具有很大的实际自由行程长度是一个随机量，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离粒子的自由行程等于或大于某一距离x x的概率：

7、的概率：PTe)x(Px 郑州大学电气工程学院郑州大学电气工程学院2 2、带电粒子的迁移率、带电粒子的迁移率 带电粒子在单位场强（带电粒子在单位场强（1v/m) 1v/m) 下沿电场方向的漂下沿电场方向的漂移速度。移速度。 电子的迁移率远大于离子。电子的迁移率远大于离子。电场强度。电场强度。离子漂移速度，离子漂移速度，式中：式中：-Eu,Euk 郑州大学电气工程学院郑州大学电气工程学院3 3、扩散、扩散 带电粒子从浓度较大的区域运动到浓度较小的区带电粒子从浓度较大的区域运动到浓度较小的区域。域。 电子的扩散速度比离子快得多。电子的扩散速度比离子快得多。 气压越低，温度越高，扩散越快。气压越低，温度越高，扩散越快。郑州大学电气工程学院郑州大学电气工程学院三、带电粒子的消失三、带电粒子的消失在电场作用下定向运动在电场作用下定向运动 “ “混乱热运动混乱热运动+ +沿电场作定向漂逸沿电场作定向漂逸”带电粒子的扩散带电粒子的扩散 带电粒子从浓度较大的区域运动到浓度较小的区域。