浅谈气体放电理论及研究
气体放电原理
气体放电原理气体放电是指在一定电压作用下，气体中的电子被加速，当它们的能量达到足够高时，会与气体分子碰撞，使得气体分子电离并产生电子、阳离子和自由基。
这种现象被称为气体放电，是一种重要的物理现象，广泛应用于气体放电灯、闪电、等离子体物理等领域。
气体放电的原理可以归结为电子的碰撞电离和电子的复合两个基本过程。
首先，当气体中的自由电子受到电场的加速作用时，它们会获得能量并与气体分子碰撞，将气体分子的能级提高，从而使得气体分子电离产生自由电子和阳离子。
这个过程称为电子的碰撞电离。
其次，电子和离子在电场作用下会发生复合过程，即自由电子与阳离子再结合成为中性分子或原子，释放出能量。
这两个过程相互作用，维持了气体放电的稳定进行。
气体放电的特点包括放电电压、放电电流和放电功率。
放电电压是指在气体放电过程中，所需的电压大小。
在气体放电开始时，需要加上一个足够大的电压才能使得气体分子电离，这个电压称为击穿电压。
而放电电流则是放电过程中通过气体的电流大小，它与电压成正比。
放电功率则是放电过程中产生的功率，它与电压和电流的乘积成正比。
气体放电有不同的形式，包括辉光放电、电晕放电、辉光放电、放电等离子体等。
辉光放电是一种在气体放电过程中产生明亮辉光的放电形式，常见于荧光灯、氖灯等。
电晕放电是一种在气体放电过程中产生淡蓝色光晕的放电形式，常见于电晕灯、电晕空气净化器等。
辉光放电是一种在气体放电过程中产生明亮辉光的放电形式，常见于氖灯、氖标志灯等。
放电等离子体是一种在气体放电过程中产生等离子体的放电形式，常见于等离子体切割、等离子体表面处理等。
总的来说，气体放电是一种重要的物理现象，它的原理包括电子的碰撞电离和电子的复合两个基本过程。
气体放电具有不同的形式，包括辉光放电、电晕放电、辉光放电、放电等离子体等。
了解气体放电的原理对于深入理解等离子体物理、气体放电灯、闪电等现象具有重要意义。
希望本文能够对读者有所帮助。
气体放电研究报告
气体放电研究报告气体放电是一种重要的物理现象，其涉及强电场和气体分子之间的相互作用。
该现象在各种应用中都有广泛的应用，例如照明技术、等离子体技术和放电加工技术等。
因此，研究气体放电对于促进技术发展和实现可持续发展至关重要。
一、气体放电的特征气体放电的主要特征是在气体中形成等离子体。
等离子体是由电离的气体分子和自由电子组成的电中性体系，其特点是具有一定的导电性、化学性和热力学性质。
气体放电的形成过程主要涉及两个方面的过程：电离过程和电子复合过程。
电离过程是指在气体中形成自由电子和离子的过程，它是由电子与分子碰撞而发生的，根据电子吸收的能量不同，电离过程可分为光电离、冷电离和热电离。
电子复合过程是指由自由电子与离子结合的过程，该过程主要是放出光子的过程，这些光子在多数情况下被称为谱线光子。
二、气体放电在光源技术中的应用气体放电在光源技术中有着广泛的应用，例如氙气闪光灯、气体放电管和化学激光器等。
其中，氙气闪光灯是由气体放电产生的一种宽谱辐射源，其光谱范围广，峰值波长集中在253.7nm和184.9nm，具有高辐射强度和发光稳定性的特点。
气体放电管也是由气体放电产生的一种离子化器，它能够将弱信号放大，常用于放大器和谐振器的制备中。
此外，化学激光器则是利用气体放电激发电离的稀有气体，通过不同能量的激活，使气体分子的能级发生变化，从而产生激光。
三、气体放电在等离子体技术中的应用气体放电在等离子体技术中有着广泛的应用，例如等离子体喷雾、等离子体退火和等离子体刻蚀等。
其中，等离子体喷雾是一种将样品溶液产生微细颗粒的技术，其原理是将极化剂和离子源放在气体放电的电子束中，由于强电场和离子与离子之间的碰撞，样品分子被分解成离子和原子，从而形成微细颗粒。
等离子体退火则是将所需材料放在气体放电中，用等离子体的高温等性质退火材料，从而形成装置所需形状的材料。
等离子体刻蚀是将所需材料放在气体放电中，用等离子体的碰撞和物理性质进行刻蚀，从而形成所需的形状和尺寸。
气体放电理论一优选文档
金属表面电离所需能量获得的方式 正离子碰撞阴极 （二次发射）
正离子碰撞阴极
➢ 正离子碰撞阴极时把能量（主要是势能）传递 给金属中的电子，使其逸出金属
➢ 正离子必须碰撞出一个以上电子时才能产生自 由电子 正离子与电子复合时发出的势能起作用
对所有气体来说，在可见光（400750nm）的作 用下，一般是不能发生直接光电离的
分级电离 光电离在气体放电中起重要作用
反激励、复合释放具有一定能量的光子(具有 较大的初始速度)
3、热电离
因气体热状态引起的电曼常数 K=1.38×10-23J/K
名词解释
激励 电离 电子平均自由行程 复合 电子崩
原子激励
原子能级 以电子伏为单位 1eV＝1V×1. 6×10-19C＝1.6×10-19J
原子激励 原子在外界因素作用下，其电子跃迁到能量较高的 状态，所需能量称为激励能We ，原子处于激励态 激励状态恢复到正常状态时，辐射出相应能量的光
原子电离
原子电离 在外界因素作用下，其一个或几个电子脱离原 子核的束缚而形成自由电子和正离子 电离过程所需要的能量称为电离能Wi (ev)，也 可用电离电位Ui（v）
分级电离 通过亚稳激励态
原子电离
几种气体的第一电离电位 N：14.5 V，N2 ：15.5 V O：13.6 V, O2 ：12.2 V Cs：3.88V
需要一定的相互用用的时间和条件
仅考虑动能，在电场作用下，撞击质点被加速而 获得动能。将可能引起碰撞电离的条件
1 2
meve
2
Wi
me：电子的质量 ve ：电子的速度 Wi：气体分子的电离能
1、碰撞电离 （撞击电离）
第3讲 气体放电理论(2)
Eex—外电场 Esp—空间电荷的电场
39
当棒具有负极性时
电子崩中电子离开强电场区 后，不再引起电离，正离子 逐渐向棒极运动，在棒极附 近出现了比较集中的正空间 电荷，使电场畸变 棒极附近的电场得到增强， 因而自待放电条件就易于 得到满足、易于转入流注 而形成电晕放电
11
1—主电子崩 2—二次电子崩 正流注的形成 （外加电压等于击穿电压时!） 3—流注
二次电子崩中的电子进入主 电子崩头部的正空间电荷 区（电场强度较小），大 多形成负离子。大量的正、 负带电质点构成了混合通 道（有人称等离子体）， 这就是正流注
流注通道导电性良好，其头 部又是二次电子崩形成的 正电荷，因此流注头部前 方出现了很强的电场
12
正流注向阴极推进
流注头部的电离放射出大量光子， 继续引起空间光电离。流注前 方出现新的二次电子崩，它们 被吸引向流注头部，延长了流 注通道 流注不断向阴极挺进，且随着流 注接近阴极，其头部电场越来 越强，因而其发展也越来越快 流注发展到阴极，间隙被导电良 好的火花通道（热电离 ! ）所 贯通，间隙的击穿完成，这个 电压就是击穿电压
4. 继续升高，出现不规则的电流脉冲，幅值大得多---流注型
(a) 时间刻度T=125s (b) 0.7A电晕电流平均值
(c) 2A电晕电流平均值
30
尖极为正的电晕
1. 电压达到一定值，电晕电流为无
规律的重复电流脉冲
2. 电压升高，脉冲特性愈来愈不显
气体放电理论
气体放电理论1)简要论述汤逊放电理论。
当外施电压足够高时，一个电子从阴极出发向阳极运动，由于碰撞游离形成电子崩，则到达阳极并进入阳极的电子数为eas个(α为一个电子在电场作用下移动单位行程所发生的碰撞游离数；s为间隙距离)。
因碰撞游离而产生的新的电子数或正离子数为(eas-1)个。
这些正离子在电场作用下向阴极运动，并撞击阴极．若1个正离子撞击阴极能从阴极表面释放r个(r 为正离子的表面游离系数)有效电子，则(eas-1)个正离子撞击阴极表面时，至少能从阴极表面释放出一个有效电子，以弥补原来那个产生电子崩并进入阳极的电子，则放电达到自持放电。
即汤逊理论的自持放电条件可表达为r(eas-1)=1。
2)为什么棒－板间隙中棒为正极性时电晕起始电压比负极性时略高？（1）当棒具有正极性时，间隙中出现的电子向棒运动，进入强电场区，开始引起电离现象而形成电子崩。
随着电压的逐渐上升，到放电达到自持、爆发电晕之前，在间隙中形成相当多的电子崩。
当电子崩达到棒极后，其中的电子就进入棒极，而正离子仍留在空间，相对来说缓慢地向板极移动。
于是在棒极附近，积聚起正空间电荷，从而减少了紧贴棒极附近的电场，而略为加强了外部空间的电场。
这样，棒极附近的电场被削弱，难以造成流柱，这就使得自持放电也即电晕放电难以形成。
（2）当棒具有负极性时，阴极表面形成的电子立即进入强电场区，造成电子崩。
当电子崩中的电子离开强电场区后，电子就不再能引起电离，而以越来越慢的速度向阳极运动。
一部份电子直接消失于阳极，其余的可为氧原子所吸附形成负离子。
电子崩中的正离子逐渐向棒极运动而消失于棒极，但由于其运动速度较慢，所以在棒极附近总是存在着正空间电荷。
结果在棒极附近出现了比较集中的正空间电荷，而在其后则是非常分散的负空间电荷。
负空间电荷由于浓度小，对外电场的影响不大，而正空间电荷将使电场畸变。
棒极附近的电场得到增强，因而自持放电条件易于得到满足、易于转入流柱而形成电晕放电。
气体放电理论
气体放电理论1)简要论述汤逊放电理论。
当外施电压足够高时，一个电子从阴极出发向阳极运动，由于碰撞游离形成电子崩，则到达阳极并进入阳极的电子数为eas个(α为一个电子在电场作用下移动单位行程所发生的碰撞游离数；s为间隙距离)。
因碰撞游离而产生的新的电子数或正离子数为(eas-1)个。
这些正离子在电场作用下向阴极运动，并撞击阴极．若1个正离子撞击阴极能从阴极表面释放r个(r 为正离子的表面游离系数)有效电子，则(eas-1)个正离子撞击阴极表面时，至少能从阴极表面释放出一个有效电子，以弥补原来那个产生电子崩并进入阳极的电子，则放电达到自持放电。
即汤逊理论的自持放电条件可表达为r(eas-1)=1。
2)为什么棒－板间隙中棒为正极性时电晕起始电压比负极性时略高？（1）当棒具有正极性时，间隙中出现的电子向棒运动，进入强电场区，开始引起电离现象而形成电子崩。
随着电压的逐渐上升，到放电达到自持、爆发电晕之前，在间隙中形成相当多的电子崩。
当电子崩达到棒极后，其中的电子就进入棒极，而正离子仍留在空间，相对来说缓慢地向板极移动。
于是在棒极附近，积聚起正空间电荷，从而减少了紧贴棒极附近的电场，而略为加强了外部空间的电场。
这样，棒极附近的电场被削弱，难以造成流柱，这就使得自持放电也即电晕放电难以形成。
（2）当棒具有负极性时，阴极表面形成的电子立即进入强电场区，造成电子崩。
当电子崩中的电子离开强电场区后，电子就不再能引起电离，而以越来越慢的速度向阳极运动。
一部份电子直接消失于阳极，其余的可为氧原子所吸附形成负离子。
电子崩中的正离子逐渐向棒极运动而消失于棒极，但由于其运动速度较慢，所以在棒极附近总是存在着正空间电荷。
结果在棒极附近出现了比较集中的正空间电荷，而在其后则是非常分散的负空间电荷。
负空间电荷由于浓度小，对外电场的影响不大，而正空间电荷将使电场畸变。
棒极附近的电场得到增强，因而自持放电条件易于得到满足、易于转入流柱而形成电晕放电。
纳秒脉冲气体放电机理研究进展浅谈
纳秒脉冲气体放电机理研究进展浅谈深圳三和科技的小编将以材料表面改性、主动流动控制、点火助燃和甲烷转化为代表给大家介绍脉冲等离子体应用研究进展。
最后结合脉冲放电等离子体研究现状的分析,展望了大气压脉冲气体放电与放电等离子体应用的发展趋势。
1.1 纳秒脉冲气体放电机理脉冲放电机理的研究是推动应用技术发展的关键。
常规条件下高气压气体放电通常可以用流注理论解释。
流注理论考虑空间电荷对放电过程的影响,空间电荷是光子出现、二次电子崩产生、流注形成、气隙击穿的重要因素,通常光子的寿命为10-8 s量级,如果发展到临界电子崩的时间小于光子的寿命时,流注理论在解释放电机理时已经存在一定的局限性。
目前研究人员基于高能量快电子的逃逸击穿及逃逸电子和X射线对放电发展过程的影响提出了多种假说,如电子崩链模型、快电子和慢电子两组模型、电子倍增模型和快速电离波击穿模型等。
其中电子崩链模型强调当主电子崩发展到临界值时,主电子崩发展减缓,甚至中断,这时崩头中的部分高能量电子(逃逸电子)逃逸出电子崩,并在崩头形成二次电子。
电子崩链贯穿间隙后,但其电导率较小,不能形成击穿通道,需要二次过程,该过程由阴极上的光电效应来决定。
电子倍增模型认为经典的流注机理的E/N值不仅有下限,而且也应有上限。
模型中快电子逃逸出电子崩后,电离气体间隙,撞击阳极电离产生二次电子,导致电子数目的连续倍增。
两组模型的关键是快电子,其脱离电子崩的能量阀值取决于施加的电场强度、气压和气体介质。
电场强度越高,阀值能量越低,能逃逸出电子崩的电子数目越多。
基于快速电离波模型的研究多数在低压下的气体放电管中完成,且间隙距离一般是几十cm,比较适合长间隙放电机理分析。
这些假说大多基于各自的实验条件能够较好地解释实验现象,彼此之间仍存在差异,但均认为放电发展过程中二次电子的产生不再依赖空间光电离,而是基于电子崩发展中产生的高能量电子引导放电发展过程建立起来的。
因此,纳秒脉冲气体放电机理的研究集中在基于高能电子逃逸击穿的参数测量与模型建立。
气体放电的基本原理与应用探究
气体放电的基本原理与应用探究气体放电是一种电现象，其起源是气体分子在电场作用下受到激发和电离。
气体放电现象广泛存在于生产、生活、研究等各个领域。
气体放电被广泛应用于灯泡、电视、医学、工业、航空航天等领域。
本文分别从基本原理和应用两个方面进行探究。
一、气体放电的基本原理气体放电是一种特殊的电现象，它是由于气体分子在电场作用下获得能量后发生电离并形成电流的现象。
气体放电有多种类型，如直流气体放电、交流气体放电、脉冲气体放电、空间气体放电等，其中最常见的是直流气体放电。
1、电离气体放电的前提是气体分子电离。
当气体分子获得足够的能量时，就可能发生电离现象，电子从原子或分子中被剥离出来。
电子是一种负电荷的微粒子，被剥离出来后，就可以在气体中自由运动。
气体分子的电离有两种情况：一种是电子从气体分子中脱离，成为带负电荷的自由电子；另一种是气体分子失去部分电子，变成带正电荷的离子。
2、电场作用当在气体中建立电场时，电荷在电场力的作用下就会受到约束向某个方向运动。
在气体中，由于带正电的离子和带负电的电子的数量相等，因此，它们会受到电场的作用而向着相反的方向运动。
这时，正负电荷的运动方向相反，就形成了电流。
3、电晕放电电晕放电是一种特殊的气体放电现象，是指在不产生弧光的情况下，通过高电压和低电流将气体电离所产生的电子和离子加速，使它们具有足够的能量发生反弹，并再次与气体分子碰撞，从而使气体分子产生有效的激发电离。
电晕放电主要发生在电极表面上，其放电特性与电极形状、电场强度、气体种类和压力等因素有关。
二、气体放电的应用气体放电由于其稳定、可控、便捷等特点，已经被广泛应用于医学、工业、冶金、生产等众多领域。
1、灯具气体放电在灯泡的制造中得到广泛的应用。
最常见的一种是荧光灯，它采用高压电场使稀薄的气体放电发光，以此来发出明亮的光线。
其他的一些小灯泡也是用气体放电来制造的。
2、宇航技术气体放电不仅在地球上使用得很广泛，在宇航技术中也有广泛的应用。
气体放电研究报告
气体放电研究报告摘要：本研究报告主要探讨了气体放电现象及其应用领域。
首先介绍了气体放电的基本概念和分类，包括导电现象、击穿电压、电流密度等关键参数。
接着对气体放电的机理进行了详细解析，包括电子碰撞、电离、复合等过程。
然后，报告着重讨论了气体放电在电力传输、照明、显示技术等领域的应用，并介绍了一些典型的气体放电器件。
最后，对气体放电研究进行了总结，并提出了未来的研究方向和挑战。
1. 引言气体放电是指在一定条件下，气体中电子受到加速或激发，从而产生电子碰撞、电离和复合的过程。
这种现象广泛应用于各个领域，对于现代科技的发展起到了重要的推动作用。
本报告旨在对气体放电现象进行全面的研究和探讨。
2. 气体放电的基本概念与分类2.1 导电现象导电现象是指当电子在气体中获得足够的能量时，可以在气体中自由移动，形成电流。
不同的气体导电行为有所差异，其中包括气体的类型、温度、压力等因素的影响。
2.2 击穿电压击穿电压是指在一定条件下，气体中的电阻突然减小，电流迅速增加的临界电压。
击穿电压是判断气体放电性质的重要指标。
2.3 电流密度电流密度是指在单位时间内通过气体区域的电流量。
它是评估气体放电强弱的定量指标。
3. 气体放电的机理气体放电过程复杂而多样，主要涉及电子碰撞、电离和复合等物理过程。
电子碰撞是指电子与气体分子之间的相互作用，激发出新的电子和离子。
电离过程是指电子与气体分子相碰后，气体分子中的一个或多个电子被夺去，从而形成离子。
复合是指电子和离子重新结合成为气体分子的过程。
4. 气体放电的应用4.1 电力传输气体放电在电力传输中起到关键作用。
例如，高压输电线路中的空间放电保护器可以消除雷电冲击，保护电力设备的安全运行。
4.2 照明技术气体放电在照明技术中得到了广泛应用。
例如，气体放电灯具如荧光灯、氙气灯具有高亮度和节能的特点，逐渐取代了传统的白炽灯。
4.3 显示技术气体放电用于显示技术的典型代表是气体放电显示屏幕，如等离子体显示器。
电晕放电与气体放电物理学的研究
电晕放电与气体放电物理学的研究导语电晕放电和气体放电是近代物理学中的重要研究领域，其研究对象分别是微观和宏观层面的电离现象。
本文将对电晕放电和气体放电的物理学研究进行探讨，并介绍相关的实验方法和应用。
一、电晕放电电晕放电是指在气体环境中，发生局部电离和电流传输的现象。
这种现象通常出现在导体尖端或者高电势区域附近，是一种低强度、低能量的放电现象。
同时，电晕放电还伴随着电离、辐射和臭氧产生等特征。
电晕放电的产生机制主要由离子化和电子冲击电离等因素共同作用形成。
二、气体放电与电晕放电相比，气体放电现象规模更大，通常出现在带电导体和气体之间。
气体放电可以分为等离子体放电和弧光放电两种类型。
等离子体放电是指气体中带正负电荷的置之外的单个或多个碰撞粒子，而弧光放电则是指气体中产生的电弧现象。
气体放电现象具有较大的能量和强度，常见于闪电和气体放电设备中使用。
三、电晕放电与气体放电的区别电晕放电和气体放电虽然都属于电离现象，但其本质和特征上存在一定的区别。
首先，电晕放电通常发生在低电压、低电流的条件下，而气体放电则需要较高的电压和电流才能触发。
其次，电晕放电主要发生在导体尖端或高电势区域，而气体放电可以在导体附近的大范围内出现。
此外，电晕放电伴随着臭氧的产生，而气体放电则产生较强的电磁辐射和闪光。
四、电晕放电和气体放电的实验研究为了深入了解电晕放电和气体放电现象，科学家们进行了大量的实验研究。
其中，使用放电装置、高电压发生器以及各种检测设备是实验的基本工具。
通过调整电流和电压的参数，科学家们能够观察和记录电晕放电和气体放电的行为，并详细探究其物理机制。
五、电晕放电和气体放电的应用电晕放电和气体放电除了在物理学研究中的重要性，也在实际应用领域发挥着重要作用。
电晕放电被广泛应用于空气净化、静电消除和光谱分析等领域。
气体放电则在荧光灯、电视显示屏和雷达系统等电子设备中发挥着关键作用。
此外，气体放电还可以用于等离子体研究和医学治疗等领域。
气体放电调研报告
气体放电调研报告气体放电调研报告一、调研目的和方法本次调研的目的是为了了解气体放电在工业生产中的应用情况以及对环境和人体健康的影响。
调研方法主要包括文献搜集和实地采访。
二、气体放电的基本概念气体放电是指气体在电场作用下发生的放电现象。
通常包括弧光放电、电晕放电和辐射放电等形式。
气体放电具有较高的温度和能量，可用于工业生产中的能源转换和材料处理等领域。
三、气体放电在工业生产中的应用情况1. 动力能源转换：气体放电可用作内燃机的点火装置，提高燃烧效率和动力输出。
同时，气体放电还可以用于发电设备中的火花塞和点火线圈等部件。
2. 污染源处理：气体放电可用于处理废水中的有机污染物、废气中的VOCs等有害物质。
通过氧化、分解等反应，将有害物质转化为无害或低毒物质。
3. 环境改善：气体放电可通过产生臭氧来消除空气中的有害物质，提高空气质量。
4. 材料处理：气体放电可用于表面处理、涂层制备、纳米材料合成等工艺中。
通过气体放电的高能量和高温特性，可以改善材料的性能和质量。
四、气体放电对环境的影响1. 废气排放：气体放电过程中会产生一定数量的废气，其中可能包含有害物质或产生有害物质的反应产物。
这些废气对环境造成污染。
2. 能源消耗：气体放电需要一定的电能供应，这会导致能源消耗。
如果能源是通过燃烧化石燃料等方式产生的，会导致二氧化碳等温室气体的排放。
五、气体放电对人体健康的影响1. 辐射：气体放电产生的弧光和电子束等都会释放出辐射，对人体健康造成一定的影响。
特别是对于长期接触这些辐射的工作者来说，可能会增加患癌症等疾病的风险。
2. 化学物质：气体放电过程中产生的物质可能对人体健康产生不良影响。
例如，有机污染物的降解可能会产生具有毒性的中间产物。
六、结论和建议气体放电作为一种能源转换和材料处理的重要技术，在工业生产中具有广泛的应用前景。
然而，我们也需要意识到气体放电对环境和人体健康可能造成的潜在影响。
在使用气体放电技术时，应该注意控制废气排放，选择低污染物的处理方法。
气体放电理论(一)
巴申（Paschen）定律
击穿电压与pd的规律在碰撞电离学说提出之前，就已 从实验中总结出来了
44
实际上的系数A及B和温度有关。系数A和绝对温度成反比
pd Ub f2 T
比值p／T和气体密度成正比
T0 p p 2892 p0 T T
We h
5
原子电离：
原子在外界因素作用下，使其一个或几个电子脱离原子核 的束缚而形成自由电子和正离子的过程称为原子的电离
电离过程所需要的能量称为电离能Wi（eV），也可用电离 电位Ui（V）来表示
6
质点的平均自由行程
：一个质点在与气体分子相邻两次碰撞之间自由地通 过的平均行程
电子在其自由行程内从外电场获得动能，能量除决定于 电场强度外，还和其自由行程有关
34
设：在外电离因素光辐射的作用下 ，单位时间内阴极单位面积产生n0 个电子 在距离阴极为x的横截面上，单 位时间内单位面积有n个电子飞过 这n个电子行过dx之后，又会产生 dn个新的电子
dn ndx
将此式积分，可得电子的增长规律为
n n0 exp 0 dx
x
35
对于均匀电场， 不随空间位置而变
一定空间内带电质点由于复合而减少的速度决定于其 浓度
20
二、气体放电的一般描述
（一）气体放电的主要形式
根据气体压强、电源功率、电极形状等因素的不同 ，击穿后气体放电可具有多种不同形式。利用放电 管可以观察放电现象的变化
辉光放电 电弧放电 火花放电
电晕放电 刷状放电
21
辉光放电
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电晕放电
电极曲率半径很小或电极间距离很远，即电场极 不均匀，则当电压升高到一定值后，首先紧贴电 极在电场最强处出现发光层，回路中出现用一般 仪表即可察觉的电流。随着电压升高，发光层扩 大，放电电流也逐渐增大 发生电晕放电时，气体间隙的大部分尚未丧失绝 缘性能，放电电流很小，间隙仍能耐受电压的作 用
气体放电原理
气体放电原理
气体放电是指当气体中的电子和离子获得足够的能量时，发生放电现象的过程。
其原理涉及到气体的电离和电子的碰撞等基本物理过程。
气体电离是指在电场的作用下，气体中的原子或分子失去电子成为正离子和自由电子的过程。
当电场强度足够大时，气体中的原子或分子受到电场的力，电子被加速并获得足够的能量，从而发生电离，形成正离子和自由电子。
电子的碰撞是指在气体中，自由电子与离子或原子之间发生的碰撞过程。
电子在碰撞过程中会失去能量，导致其速度减小。
当碰撞速率和电子再次获得能量的速率达到平衡时，电子的速度将保持稳定。
在气体放电过程中，电子和离子受到电场的作用而产生加速，当它们的能量达到一定程度时，就会引发碰撞电离，进而导致更多的电离。
这种连锁反应会引起电流的流动，形成可见的放电现象，如闪电、辉光灯等。
不同的气体放电现象具有不同的特点和应用。
例如，闪电放电具有极高的能量和电流，可破坏设备和引起火灾。
辉光灯则是通过控制气体放电来产生可见光，用于照明和显示等领域。
总之，气体放电现象是通过电场作用下的电离和碰撞过程实现的。
这一原理在各种领域的应用中发挥着重要的作用，从科学研究到工业应用都有广泛的应用价值。
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本文部分内容来自网络整理，本司不为其真实性负责，如有异议或侵权请及时联系，本司将立即删除！== 本文为word格式，下载后可方便编辑和修改！ ==气体放电研究报告 (4000字)气体放电研究报告一、气体放电基本理论1、气体放电的定义气体放电是人们在自然界与日常生活中常常碰到的现象，如闪电、日光灯等，它一般是指在电场作用下或其他激活方法使气体电离，形成能导电的电离气体。
气体放电是产生低温等离子体的主要途径。
所谓的低温等离子体是区别于核聚变中高温等离子体而言的。
低温等离子体物理与技术在经历了一个由20世纪60年代初的空间等离子体研究向80年代和90年代以材料及微电子为导向的研究领域的重大转变之后，现在已经成为具有全球影响的重要课题，其发展对于高科技经济的发展及传统工业的改造有着巨大的影响。
2、气体放电的基本理论气体放电的经典理论主要有汤森放电理论和流注放电理论等。
1903年，为了解释低气压下的气体放电现象，汤森(J．S．Townsend)提出了气体击穿理论，引入了三个系数来描述气体放电的机理，并给出了气体击穿判据。
汤森放电理论可以解释气体放电中的许多现象，如击穿电压与放电间距及气压之间的关系，二次电子发射的作用等。
但是汤森放电解释某些现象也有困难，如击穿形成的时延现象等；另外汤森放电理论没有考虑放电过程中空间电荷作用，而这一点对于放电的发展是非常重要的。
电子雪崩中的正离子随着放电的发展可以达到很高的密度，从而可以明显的引起电场的畸变，进而引起局部电子能量的加强，加剧电离。
针对汤森放电理论的不足，1940年左右，H．Raether及Loeb、Meek等人提出了流注(Streamer)击穿理论，从而弥补了汤森放电理论中的一些缺陷，能有效地解释高气压下，如大气压下的气体放电现象，使得放电理论得到进一步的完善。
近年来，随着新的气体放电工业应用的不断涌现及实验观测技术的进一步发展，将放电理论与非线性动力学相结合，利用非线性动力学的方法来研究气体放电中的各种现象成为气体放电研究中的重要内容。
气体放电理论(一)
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电晕放电
电极曲率半径很小或电极间距离很远， 电极曲率半径很小或电极间距离很远， 即电场极 不均匀，则当电压升高到一定值后， 不均匀 ，则当电压升高到一定值后 ，首先紧贴电 极在电场最强处出现发光层， 极在电场最强处出现发光层 ， 回路中出现用一般 仪表即可察觉的电流。随着电压升高， 仪表即可察觉的电流 。 随着电压升高， 发光层扩 大，放电电流也逐渐增大 发生电晕放电时， 发生电晕放电时 ，气体间隙的大部分尚未丧失绝 缘性能，放电电流很小， 缘性能 ， 放电电流很小 ， 间隙仍能耐受电压的作 用
气体放电理论
气体放电
在电场作用下， 在电场作用下，气隙中带电粒子的形成和运动过程 气隙中带电粒子是如何形成的？ 气隙中带电粒子是如何形成的？ 气隙中的导电通道是如何形成的？ 气隙中的导电通道是如何形成的？ 气隙中导电通道形成后是如何维持持续放电的？ 气隙中导电通道形成后是如何维持持续放电的？
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均匀电场中气体击穿的发展过程
汤逊放电理论 流注放电理论 这两种理论互相补充，可以说明广阔的pd（压 这两种理论互相补充，可以说明广阔的 （ 强和极间距离的乘积） 强和极间距离的乘积）范围内气体放电的现象
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（一）汤逊气体放电理论
汤逊理论认为， 较小时， 汤逊理论认为，当pd较小时，电子的碰撞电 较小时 离和正离子撞击阴极造成的表面电离起着主 要作用，气隙的击穿电压大体上是pd的函数 要作用，气隙的击穿电压大体上是 的函数
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气体中带电质点的消失 （一）电场力作用下进入电极 （二）带电质点的扩散 （三）带电质点的复合
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电场作用下气体中带电质点的运动
带电质点产生以后，在外电场作用下将作定向运动， 带电质点产生以后，在外电场作用下将作定向运动，形 成电流
气体放电
气体放电现象及应用学习目的：根据课程所学及实际应用，了解气体放电的原理和气体放电的现象和形式、影响因素及伴随的效应。
引言：在现实生活中我们会遇到很多气体放电的现象，有的时候我们会觉得不可思议，其实这些现象都是能用科学来解释的。
科学家们通过对他们的研究，把这些现象的原理应用在我们的生活中，给我们带来了很多益处，在经过科学家的进一步研究后将会给我们带来更大的益处。
那么什么是气体放电呢？它发生的形式及现象又是什么呢？我们将如何应用呢？１.简述气体放电的原理干燥气体在正常状态下是不导电的，是良好的绝缘介质，但当气体中存在自由带电粒子时，它就变为电的导体。
这时若在气体中安置两个电极并加上电压，气体在强电场作用下，少量初始带电粒子与气体原子（或分子）相互碰撞，当碰撞能量超过某一临界值时，会使束缚电子脱离气体原子而成为自由电子。
逸出电子后的原子成为正离子，使气体中的带电粒子增殖，这时有电流通过气体，这个现象称为气体放电。
气体放电的根本原因在于气体中发生了电离的过程，在气体中产生了带电粒子。
气体电离的基本形式有：（１）碰撞电离在电场作用下，那些散在气体中的带电粒子（电子或离子）被加速而获得动能，当它们的动能积累到一定数值后，在和中性的气体分子发生碰撞时，有可能使中性的气体分子发生电离，这种电离过程称为碰撞电离。
在碰撞电离中，由于电子的尺寸小、重量轻，其平均自由行程也较大，所以在电场中容易被加速并积累起电离所需的能量。
因此，电子是碰撞电离中最活跃的因素，它在强电场中产生的这种碰撞电离是气体放电中带电粒子极为重要的来源。
（２）光电离由光辐射引起的气体分子的电离称为光电离。
光子的能量与光的波长有关，波长愈短，能量愈大。
各种短波长的高能辐射线如宇宙射线、r射线、x射线以及短波紫外线等都具有较强的电离能力。
（３）热电离因气体热状态引起的电离过程称为热电离。
所有的气体都能发出热辐射，这也是电磁辐射。
在高温下，热辐射光子的能量达到一定数值即可造成气体的热电离。
气体放电的物理应用及原理
气体放电的物理应用及原理引言气体放电是指在特定条件下，气体中的电荷运动产生明亮或闪烁的电光现象。
气体放电在日常生活和科学研究中有着广泛的应用，从荧光灯到雷电都与气体放电有关。
本文旨在介绍气体放电的物理应用及其原理。
1. 气体放电的基本原理气体放电是通过加电压，使气体中的原子或分子电离并产生自由电子和离子，从而形成电流的一种现象。
气体放电的基本原理可以归结为以下几个步骤： 1. 断电击穿：当瞬时电压超过气体的击穿电压时，气体中的电子会加速到足够高的能量，击穿气体中的原子或分子，并产生电流。
2. 电子冲击电离：被电压击穿的原子或分子会失去电子，形成正离子和自由电子。
这些自由电子会加速并与其他原子或分子碰撞，继续释放电子。
3. 光辐射和电子复合：自由电子和正离子再次相遇时，可能会发生电子和正离子的复合，产生能量并释放出可见光。
2. 气体放电的物理应用气体放电的物理应用非常广泛，包括但不限于以下领域：2.1 照明气体放电在照明方面有着广泛的应用。
最常见的就是荧光灯和气体放电灯。
荧光灯利用气体放电产生的紫外光激发荧光粉发出可见光，实现照明。
气体放电灯则利用气体的放电现象产生光线，如气体放电等离子体灯。
2.2 活动显示屏气体放电技术被广泛应用于活动显示屏的制造中。
例如，等离子体电视和气体放电显示器就是利用放电产生的高亮度和高对比度的特点来显示图像和信息。
2.3 激光气体放电还可以用于激光器的产生。
通过在含有气体的放电腔内施加电场，使气体中的原子或分子被激发并产生受激辐射，从而实现激光的产生。
2.4 粒子加速器气体放电在粒子加速器中也有重要应用。
例如，在带有气体放电管的离子加速器中，气体放电可以产生离子束，用于科学研究、医学和工业应用等领域。
2.5 大气中的气体放电大气中的气体放电也是气象学研究中的一部分。
雷电就是大气中电离气体导电性的结果，它与大气环境和电场强度有关。
总结气体放电是一种重要的物理现象，其原理是通过加电压使气体中的原子或分子电离并形成电流。
论气体放电理论及其放电形式-精选资料
论气体放电理论及其放电形式1、引言几乎所有的电气设备的绝缘材料都是气体。
如主要存在于高压输电线路之间和高压电气设备内的空气，为保证高压用电的安全提供了可能。
理想状态下的空气不存在带电粒子，故而其不导电。
但事实上，在外界宇宙射线和地下放射性物质的高能辐射线的作用下，大气压下每立方厘米体积内的空气约有500-1000对正负带电粒子。
但是即使如此，空气仍不失为一种相当理想的电介质 [1]。
在一定的条件下，气体也会出现放电现象，甚至完全转化为导体，严重威胁高压电气设备的运行安全。
因此了解气体放电的理论和放电形式对提高电力设备的绝缘水平有重要的指导意义。
本文具体介绍了气体放电理论及常见的几种放电形式。
2、气体放电理论气体放电理论主要包括汤生放电理论和流注理论。
2.1汤森放电理论1903年，英国物理学家汤森提出了第一个定量的气体放电理论，即电子雪崩理论。
为了描述气体导电中的电离现象，汤森提出了三种电离过程，并引入三个对应的电离系数[2]：（1）电子在向阳极运动的过程中，与气体粒子频繁碰撞，产生大量电子和正离子。
电子与气体粒子发生碰撞电离的次数就是α电离系数，这个过程称为α过程。
（2）正离子在向阴极运动的过程中，与气体中性粒子?l繁碰撞，也会产生一定数量的正离子和电子。
而β电离系数是指在单位距离上一个正离子在向阴极运动过程中与气体粒子发生碰撞电离的次数，即为β过程。
而在通常情况下，正离子在电场中所获得的能量远小于中性粒子发生电离所需的能量，因而β过程通常被忽略。
（3）携带一定能量的正离子打到阴极，使其发射二次电子。
二次电子发射数为γ系数，这个过程称为γ过程。
假设气体空间为均匀电场，单位时间内从阴极单位面积上发射出的电子数为n0，这些初始电子在电场作用下，向阳极方向运动，与中性粒子发生频繁碰撞，进而发生碰撞电离。
即从阴极发出的一个电子，向阳极运动的过程中，若不断发生碰撞电离，新产生的电子数将迅猛增加，这种现象成为电子雪崩。
气体放电理论
3、汤逊理论适用范围
一般间隙、标准大气压下气隙的放电： 1、按汤逊理论计算的击穿电压比实际值高； 2、按汤逊理论计算的击穿所需时间比实际值长； 3、一般间隙的击穿电压与阴极材料无关； 4、放电形状不同
汤逊理论适用于低气压、短间隙、均匀电场中
1汤逊理论外界游离因素s电子崩汤逊理论的实质就是电子崩理论外界游离因素s汤逊第一放电系数
1、汤逊理论 外界游离因素
+
+
+ +
+
+ +
S
电子崩
汤逊理论的实质就是电子崩理论
外界游离因素
+
+#43;
+ +
+
+
S
e 电子数： s
正离子数：
es 1
汤逊第一放电系数α：一个电子由阴极向阳极运 动，经过1cm的距离，平均发生的碰撞游离次数。
2、汤逊理论非自持放电与自持放电 外界游离因素
有效电子
+
+
+
+
+ +
++ +
+
+
+
S
非自持放电：需要外界游离因素和电压两个 条件来维持的放电。
自持放电：不需要外界游离因素的作用，只 靠电压就能维持的放电。
自持放电条件
1个起始电子
e 电子数：
s
正离子数： es 1
汤逊第三放电系数γ：一个正离子撞击阴极板 时，使阴极板发射出来的有效电子数。
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浅谈气体放电理论及研究
摘要：介绍了气体放电的基本理论和类型，列举气体放电实验的一些研究方法。
针对性地提出了气体放电的研究前景。
关键字：气体放电介质离子
1.引言
干燥气体通常是良好的绝缘体，但当气体中存在自由带电粒子时，它就变为电的导体。
这时如在气体中安置两个电极并加上电压，就有电流通过气体，这个现象称为气体放电。
依气体压力、施加电压、电极形状、电源频率的不同，气体放电有多种多样的形式。
主要的形式有暗放电、辉光放电、电弧放电、电晕放电、火花放电、高频放电等。
2.气体放电的基本理论
气体放电的经典理论主要有汤森放电理论和流注放电理论等。
2.1 汤森放电理论
1903年，为了解释低气压下的气体放电现象，汤森(j．s．townsend)提出了气体击穿理论，引入了三个系数来描述气体放电的机理，并给出了气体击穿判据。
汤森放电理论可以解释气体放电中的许多现象，如击穿电压与放电间距及气压之间的关系，二次电子发射的作用等。
但是汤森放电解释某些现象也有困难，如击穿形成的时延现象等；另外汤森放电理论没有考虑放电过程中空间电荷作用，而这一点对于放电的发展是非常重要的。
电子雪崩中的正离子随着放电
的发展可以达到很高的密度，从而可以明显的引起电场的畸变，进而引起局部电子能量的加强，加剧电离。
2.2流注理论
针对汤森放电理论的不足，1940年左右，h．raether及loeb、meek等人提出了流注(streamer)击穿理论，从而弥补了汤森放电理论中的一些缺陷，能有效地解释高气压下，如大气压下的气体放电现象，使得放电理论得到进一步的完善。
近年来，随着新的气体放电工业应用的不断涌现及实验观测技术的进一步发展，将放电理论与非线性动力学相结合，利用非线性动力学的方法来研究气体放电中的各种现象成为气体放电研究中的重要内容。
3.气体放电的基本类型
气体在不同的条件下，在物理特性方面也有一些差异，这就导致了气体在不同压强，电压等条件下存在不同的放电类型。
3.1自持放电
放电中产生的正离子最后都抵达阴极。
正离子轰击阴极表面时，使阴极产生电子发射；这种离子轰击产生的次级电子发射，称为r 过程。
r过程使放电出现新的特点,这就是：r过程产生的次级电子也能参加繁流。
如果同一时间内，由于r过程产生的电子数,恰好等于飞抵阳极的电子数，放电就能自行维持而不依赖于外界电离源，这时就转化为自持放电。
3.2 辉光放电
辉光放电是低压气体中显示辉光的气体放电现象。
在置有板状电极的玻璃管内充入低压气体或蒸气，当两极间电压较高时，稀薄气体中的残余正离子在电场中加速，有足够的动能轰击阴极，产生二次电子，经簇射过程产生更多的带电粒子，使气体导电。
3.3电弧放电
如将辉光放电的限流电阻减小，则放电电流增大，并转入电弧放电。
电弧放电的特点是电流密度大而极间电压低，其自持依赖于新的电子发射机制，即热发射和冷发射。
热发射是因正离子轰击阴极出现局部高温而产生的；冷发射则是因阴极表面存在局部强电场而引起的。
前者称为热电子电弧，后者称为冷阴极电弧。
3.4 电晕放电
在气压较高而极间距离大时，不易得到自持放电。
但是，如果一个或两个电极很尖（即曲率半径很小），形成很强的局部电场，则能导致气体的强烈激发和电离，并出现发光的薄层，称电晕层；电晕层外的区域，电场不足以激发和电离，呈黑暗状，称电晕外区。
这种放电称电晕放电，是一种不完全击穿的自持放电。
负离子发生器就是电晕放电的一种应用。
3.5火花放电
这是在电源电压较高,足以击穿气体,但电源功率不够大，不能维持持续放电时产生的一种放电。
它仍然是一种自持放电，但瞬即熄灭，待电源电压恢复后，又重新放电。
放电时电极间有丝状火花跳
过电极空间，其路程则是随机的。
自然界中的雷电，是一种大范围的火花放电，但在火花放电之前大多先出现电晕放电。
4.气体放电的研究现状及研究方法
根据研究目的来分，气体放电的研究可分为理论研究和应用研究。
理论研究侧重于研究气体放电的物理过程、等离子体性质、放电机理及稳定机制，着重解决如何产生、稳定和控制等离子体的问题，探究各种放电的机理。
而应用研究则是在理论研究的基础上，研究低温等离子体在各种实际问题中的应用技术。
应用研究多采用实验研究的方法，针对某一具体应用问题，设计相应的等离子体产生、控制装置，分析实验现象，评判实验效果，并设计出实用乃至工用的设备装置。
在研究方法上，有实验研究、数值模拟和仿真研究等。
4.1实验研究
实验研究是目前气体放电研究中采用最多的一种方法。
根据研究目的，设计出相应的放电装置，选取一定的测量或观察方法，观察实验现象，分析实验结果。
在实验设计中，提出一定的假设或研究物理量，并根据假设设定一定的变量；通过改变这些变量进行多次实验，对假设进行效果检验和可行性分析。
在实验研究以及工业应用中，等离子体参数诊断技术是特别重要的。
目前比较成熟的等离子参数诊断方法有langmiur探针、微波干涉、激光thomson散射和光谱法等。
4.2数值模拟
数值模拟方法是采用一定的数学模型，对大气压气体放电的时空演变过程进行仿真，计算放电间隙的电压、电流、电子离子密度等参量，分析气体放电的物理规律（物理过程、等离子体性质、放电机理、稳定机制等）。
由于大气压下气体放电过程是一个典型的非线性过程，不同非线性机制的相互作用对于放电具有非常重要的影响，理论研究与数值模拟能有助于我们理解放电的机理，从而可以控制和优化放电过程。
通过比较数值模拟结果与实验观测，可以对放电过程有更为清晰的了解，从而可以优化已有的实验，使得实验结果更能符合实际应用的要求，以至可以设计出更为合理的实验装置。
4.3仿真研究
除了实验研究和数值模拟外，南京科技大学的章程等采用simulink对介质阻挡放电进行仿真，以及采用可变电阻、齐纳二极管或可控硅开关控制的电阻器来模拟介质阻挡放电的微放电过程，并采用pspice等电路仿真软件来实现对介质阻挡放电的仿真等，获得了良好效果。
5.气体放电实验的研究前景
近20年来介质阻挡放电及其应用技术研究取得了飞速发展。
由于介质阻挡放电可以在大气压或高于大气压条件下实现大体积宏观均匀而强烈的微放电，使得介质阻挡放电技术可以广泛的被应用
于等离子体化学、紫外光源、环境工程、高功率气体激光器等许多领域，具有深远的发展前景。
尽管对介质阻挡放电的宏观放电特性及应用研究取得了一定的
进展，但对于其微观放电形成机理、气体间的相互作用机理及其动力学过程还缺乏了解，还缺乏有效的介质阻挡放电等离子体诊断方法。
综上，我认为可能的研究切入点是，针对介质阻挡放电中电介质的材料和结构特性、电源的供电特性和外部因素的影响中的一方面或几方面，考察其对放电过程的影响。
比如研究射频、纳秒脉冲等不同电源下的介质阻挡放电；研究工作气体的流速对放电过程的影响机制等。
参考文献：
[1] 耿明．十九世纪下半叶的气体放电实验.科学技术史，2010
[2] 侯清润，茅卫红，陈宜保. 气体放电实验与帕邢定律. 物理实验, 2004.
作者单位：中国矿业大学孙越崎学院。