低气压击穿电压物理实验研究报告

低气压气体直流击穿特性及伏安特性低气压气体直流击穿特性及伏安特性ii大连理工大学本科试验争论报告课程名称：学院：

大学物理试验化工学院专业：化工与制药〔大类〕班级： 化工1212学号： 学生姓名： 2023年0415日低气压气体直流击穿特性及伏安特性低气压气体直流击穿特性及伏安特性2低气压气体直流击穿特性及伏安特性摘要：气体放电是指电场作用下气体中产生载流子而导电的现象，是气体原子或分子由于电离产生带电粒子的结果。不同电离过程产生的放电现象和特性不同。低气压气体放电是争论最早、理论最成熟、应用最广泛的放电形式。依据维持机理的不同，低压气体放电分为非自持放电和自持放电两种模式，从非自持模式到自持模式的转变称为气体击穿。1672年，GottfriedWilhelm首次在旋转硫磺球上实现了人工电火花放电，提醒了气体放电的物理本质；1802年彼得洛夫实现了电弧放电；1889年前后，物理学家帕邢(Paschen)对低气压气体击穿过程进展了系统试验争论，并总结前人的大量试验数据，提出了关于击穿电压的试验规律，称为帕邢定律(PaschensLaW，低气压气体击穿规律的争论取得实质性进展。1903年英国物理学家汤森(Townsend提出了汤森击穿机制，建立了汤森击穿判据，在解释帕邢定律(PaschensLaw)方面获得巨大成功，至今，仍旧是气体放电理论的根底。通过低气压直流辉光放电发生装置，争论了氩气的气压与击穿电压的关系，了解低气压的实现和维持方法，把握气体压强的测量方法。了解低气压气体直流击穿现象，把握气体击穿的判定方法，争论放电条件与击穿电压的关系，体会试验探究物理规律的争论过程。探究帕邢定律(PaschensLaw低气压气体直流击穿特性及伏安特性低气压气体直流击穿特性及伏安特性3下，得到了氩气的帕邢曲线，给出了氩气的最小击穿电压和最正确击穿条件。理解汤森击穿理论，把握帕邢曲线的物理意义，认识帕邢曲线的普遍性。关键词：汤森击穿判据、帕邢定律、放电击穿、击穿电压、直流辉光放电。一、试验原理与内容1、试验原理常态下气体是绝缘体，不导电，但是假设有肯定的外界条件，使气体中性粒子发生电离，并且数量到达肯定的比例，在外加电场的情况下就会导电产生气体放电现象。其中又分为自持放电和非自持放电。放电电极间的电场增加时，放电电流随之增加，当电压增至肯定值时，放电电流突然快速增加，放电转变为自持放电，气体发生击穿。临界电压称为气体击穿电压。气体击穿后，放电模式与电极外形、间距、气压和外电路特性有关，可以呈现火花、电弧、电晕和辉光放电等不同放电模式。年，Paschen系统试验争论了低气压放电击穿现象，觉察：在平行板电极条件下，低气压气体的击穿电压Vs是气压和电极间隙之积Pd(称为帕邢参数，Paschen‘sFactor)的一元函数，并找到了多种气体的击穿电压最小值。由此，Paschen建立了击穿电压与帕邢参数的试验规律，称为Paschen定律。Paschen定律指出：击穿电压与Pd的函数规律在肯定区间内是线性的，但在另外一些区间是非线性的；并且在特定的 Pd值时，击低气压气体直流击穿特性及伏安特性低气压气体直流击穿特性及伏安特性穿电压有微小值；对于全部的气体，在低气压范围内，其击穿电压与Pd值的函数曲线具有相像性，这就是Paschen定律定律的普适性。PaschenTownsend理论加以解释。依据击穿条件1-1式，a和丫直接打算击穿电压，此二者都与放电气体和电极材料有关。在平行板电极位型中，放电间隙内的电场可以视为均匀的。实验争论觉察aP和场强(V/d)的函数：B:二APe~ Pd/VBAB为试验常数。丫是与电极材料和离子能量有关的，在确定电极材料条件下，离子能量是唯一打算因素。试验觉察丫与离子能量的关系表现出阶段性，在二次电子放射的临界离子能量四周， 丫与离子能量的关系很敏感，但是一旦离子能量远离了临界值，丫与离子能量几乎无关。在气体击穿现象发生的放电条件四周，离子能量远大于临界能量，因此可以认为丫为常数，这样击穿条件可表示为：VB二 Pd VBsAPdW(1+1/Y)」l这一结果说明击穿电压仅是PdPd的变化趋势与试验Townsend机制肯定程度上可以解释Paschen定律。同时由于A、B和丫等常数与气体种类和电极材料有关，因此试验争论不同气体的帕邢曲线仍有具有重要意义。4低气压气体直流击穿特性及伏安特性低气压气体直流击穿特性及伏安特性52、试验内容1、实现低气压气体直流击穿过程。测量氩气的帕邢曲线。2、理解汤森击穿理论，把握帕邢曲线的物理意义，生疏帕邢曲线的普遍性。二、试验仪器及设备直流辉光等离子体试验装置4项试验工程。因此在试验前面板上设有“工作选择”开关，本次试验内容应设定在“击穿电压测量”一档。该装置有四个功能局部构成：放电管：用于实现氩气的击穿和放电。0-1000V的可调电压输出，为放电管供给电场。氩气的送气与调整系统，以及气压测量。基于二极管导通特性的击穿电压测量系统。此外，为了保持放电管的温度恒定，必需对放电电极实施冷却，装置还附带了循环水冷却系统。三、试验方法与步骤1、试验方法测量氩气在电极间隙为4-8cm,气压在〔3-100Pa〕范围内的击穿电压数据。绘制氩气的帕邢曲线，找出最小击穿电压和最正确击穿条件。2、试验步骤测量两电极之间的实际间距。检查放电管与电源之间的电路连接是否牢靠；电压调整旋扭是否最小位置；气体流量调整旋扭是否最小位置。翻开电源开关；开启循环水泵，检查循环水是否正常翻开真空计开关。2-3Pa15分钟。调整减压阀，使得流量计前气压在0-1大气压之间〔指导教师预备〕。调整流量计的通气流量，至放电管内气压为20Pa。试验仪的功能选择开关调至《击穿电压》测量档翻开高压电源开关。调整电源的电压输出，可以快速增至200V,然后连续缓慢上升电压，直至气体发生击穿现象。读取击穿时的电压。记录气压和电压的数值。然后，把电压降至 50V以下，为下一次测量做好准备。在减小电压的过程中留意观看放电熄灭电压，并留意其与击穿电压的差异。留意：〔a〕增加电压的过程中，亲热观看放电管电压表头和击穿电压表头的示数。〔b〕每个气压下，至少要重复3次测量，以三次击穿电压测量值之间的偏差不10%为成功测量，以得到牢靠击穿电压。〔C〕在气压较高时，击穿前后，放电管的电压会有明显下降。接近击穿时的放电管电压为气体击穿电压。增加气体流量，使气压上升至30Pa左右，重复〔10〕的测量。依次增加气体流量，每次增加10Pa左右，重复〔10〕。直至气压到达低气压气体直流击穿特性及伏安特性低气压气体直流击穿特性及伏安特性7100PQ8组试验数据即可。20Pa左右，重复〔10〕。2-3Pa3Pa6-7组数据即可。试验完毕后，调整气体流量掌握旋钮至最小位置，调整电压至最小值，依次关闭电压、机械泵、冷却水，电源开关。四、试验数据与分析d=8、7cm

20Ps^100Pa时击穿电压与气压对应数据记录表气压气压/Pa击穿电压0250354C305E/V3493042!14 !139949■44■645749)2\84518518!07375 ‘45平均值N349.338.339.340.744.3489).3349034!0348\851.7 5.3Pc值/(F>a*cn4243.6304.5365)7据可知当气压大于20Pa时击穿电压Us随着Pd值上升而上升.4|.3495.1556.7635 i.1bOO

20Ps^4Pa时击穿电压与气压对应数据记录表500 /Pa 20 18 15 1：2 9 5.3 3.32 38 314 29 296 289 321击穿电任1N42 2 8 312 93C0 295 28 0400 3 3 2300 432 238 312 29 297 282 3 0平均值/V 32.0328.0 312.7299.3 296.0 284.3 20.3值Pc 20/0 a*cmj)值

4 156.6 130.5 104.4

783

50.

16 33.(0 17 . ，20PaUsPd值下降而先下降后0

变。?00

200 4(0 500 600Pd/(Pa*cm)

700结合数据和帕邢曲线可知，氩气的最小击穿电压为 284。3V,氩气在8。7cm时的最正确击穿条件为气压为5。8Pa时。▲造成最小击穿电压缘由：氩气压强太大或太小都不利于气体起辉，当压强较大时，放电管内中性粒子束较多，当电压较小时，已电离的粒子碰撞中性粒子，由于粒子在单位路程内碰撞的粒子束多，很难使中性粒子电离，因此必须提高极板电压，而当气体压强过小时，带电粒子碰撞中性粒子的概率大大降低，也很难起辉。六、分析争论题520Pa的击穿电压，会有所不同，什么缘由？真空机不断地进展抽气，最开头测量时氩气内含有较多的空气杂质，对测量有较大的误差，而其次次测量时，已经进展了长时间的抽气，此时系统内空气成分极少，对于测量的误差较小。且在同时间