《高电压技术》第1篇电介质的电气强度第一节 带电粒子的产生和消失.ppt
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绝对温度，K
W≥Wi(电离能)
条件： hc
Wi
1 2
mv2
eEx
Wi
条件：x Ui E
●电极表面的电离
一些金属的逸出功
金属
逸出功（eV）
铝
1.8
银
3.1
铜
3.9
铁
3.9
氧化铜
5.3
铯
0.7
（1）正离子撞击阴极表面 （2）光电子发射
（3）热电子发射
（4）强场发射 （冷发射）
◆负离子的形成
当电子与气体分子碰撞时，不但可能引起碰撞电离而产 生出正离子和新电子，而且也可能会发生电子与中性分子相 结合而形成负离子的情况，这种过程称为附着。
在大气压和常温下,电子在空气中的平均自由行程长度的数 量级为10-5cm 。
◆ 带电粒子的运动
● 带电粒子的迁移率：该粒子在单位场强（1V/m) 下沿电场方向的漂移速度。
k v E
电子的迁移率远大于离子的迁移率
● 扩散：在热运动的过程中，粒子会从浓度较大的 区域向浓度较小的区域运动，从而使其浓度分布均 匀化的物理过程。
某些气体分子对电子有亲合性，因而在它们与电子结合 成负离子时会放出能量（电子亲合能），而另一些气体分子 要与电子结成负离子时却必须吸收能量。前者的亲合能为正 值，这些易于产生负离子的气体称为电负性气体。亲合性愈 强的气体分子愈易俘获电子而变成负离子。
负离子的形成使自由电子数减少，因而对气体放电的 发展起抑制作用。空气中的氧气和水汽分子对电子都有一定 的亲合性，但还不是太强；而后面将要介绍的某些特殊的电 负性气体（例如SF6）对电子具有很强的亲合性，其电气强 度远大于一般气体，因而被称为高电气强度气体。
● 除了电力工业、电工制造业外，高电压技术 目前还广泛应用于大功率脉冲技术、激光 技术、核物理、等离子体物理、生态与环 境保护、生物学、医学、高压静电工业应 用等领域。
第一篇 电介质的电气 强度
wenku.baidu.com
第一章 气体放电的基本物理过程
第一节 带电粒子的产生和消失 第二节电子崩 第三节 自持放电条件 第四节 起始电压与气压的关系 第五节 气体放电的流注理论 第六节 不均匀电场中的放电过程 第七节 放电时间和冲击电压下的气隙击穿 第八节 沿面放电和污闪事故
◆带电粒子的消失
气体中带电粒子的消失可能有下述几种情况： 1. 带电粒子在电场的驱动下作定向运动，在到达电极时，消失于电极
上而形成外电路中的电流。 2. 带电粒子因扩散现象而逸出气体放电空间； 3. 带电粒子的复合 当气体中带异号电荷的粒子相遇时，有可能发生电荷的传递和中和， 这种现象称为复合。复合可能发生在电子和正离子之间，称为电子复合， 其结果是产生了一个中性分子；复合也可能发生在正离子和负离子之间， 称为离子复合，其结果是产生了两个中性分子。上述两种复合都会以光子 的形式放出能量，这种光辐射在一定条件下能导致其他气体分子的电离。 带电粒子的复合率与正、负电荷的浓度有关，浓度越大则复合率越高。
第一节 带电粒子的产生和消失
◆ 带电粒子的运动
△当气体中存在电场时，带电粒
子将同时进行混乱热运动和沿 电场的定向漂移。
△自由行程长度：一个粒子在每
两次碰撞间自由地通过的距离 （随机量）。
平均自由行程长度：该粒子自由行程长度的平均值。 电子的平均自由行程长度为
e
kT
r 2 p
p：气压 T：气温
k：波尔兹曼常数 r：气体分子半径
△电离能
产生电离所需要的最小能量。
△激励
一个或若干个电子向较高能级轨道的跃迁。
△分级电离
先经过激励再接着产生电离的过程。
◆带电粒子的产生
按照所加能量的形式不同，电离可分为：
●热电离 ●光电离 ●碰撞电离
W 3 kT 2
普朗克常数 6.63×10-34J·s
W h
波尔茨曼常数 1.38×10-23J/K
普 通 高 等 教 育 “十 二 五” 国 家 规 划 教 材 电气工程及其自动化专业系列教材
高电压技术
第一篇 电介质的电气强度
绪论
● 高电压技术主要研讨高电压(强电场)下的各种电气物理问题。 ● 高电压技术的发展始终与大功率远距离输电的需求密切相关。 ● 对于电力类专业的学生来说，学习本课程的主要目的是学会正确处理电力系统中过电压与绝 缘这一对矛盾。 ● 为了说明电力系统与高电压技术的密切关系， 以高压架空输电线路的设计为例，在图 0-1中 列出了种种与高电压技术直接相关的工程问题。
每立方厘米的常态空气中经常存在着500~1000对正、负带电粒子，它 们是外界电离因子（高能辐射线）使空气分子发生电离和产生出来的正、 负带电粒子又不断地复合所达到的一种动态平衡。
谢 谢！
广东水利电力职业技术学院 电力工程系—供用电技术专业
◆带电粒子的产生
气体原子的激励和电离
施加能量 W > Wi 自由电子
施加能量 施加能量
自由电子
激发 分级游离
施加能量 激发
光子
◆带电粒子的产生
• 气体原子的激励和电离
△电离
外界以某种方式给处于某一能级轨道上的电子施加 一定的能量，该电子就可能摆脱原子核的束缚而成 为自由电子。原来中性的原子变成带负电的自由电 子和带正电的正离子的物理过程。
W≥Wi(电离能)
条件： hc
Wi
1 2
mv2
eEx
Wi
条件：x Ui E
●电极表面的电离
一些金属的逸出功
金属
逸出功（eV）
铝
1.8
银
3.1
铜
3.9
铁
3.9
氧化铜
5.3
铯
0.7
（1）正离子撞击阴极表面 （2）光电子发射
（3）热电子发射
（4）强场发射 （冷发射）
◆负离子的形成
当电子与气体分子碰撞时，不但可能引起碰撞电离而产 生出正离子和新电子，而且也可能会发生电子与中性分子相 结合而形成负离子的情况，这种过程称为附着。
在大气压和常温下,电子在空气中的平均自由行程长度的数 量级为10-5cm 。
◆ 带电粒子的运动
● 带电粒子的迁移率：该粒子在单位场强（1V/m) 下沿电场方向的漂移速度。
k v E
电子的迁移率远大于离子的迁移率
● 扩散：在热运动的过程中，粒子会从浓度较大的 区域向浓度较小的区域运动，从而使其浓度分布均 匀化的物理过程。
某些气体分子对电子有亲合性，因而在它们与电子结合 成负离子时会放出能量（电子亲合能），而另一些气体分子 要与电子结成负离子时却必须吸收能量。前者的亲合能为正 值，这些易于产生负离子的气体称为电负性气体。亲合性愈 强的气体分子愈易俘获电子而变成负离子。
负离子的形成使自由电子数减少，因而对气体放电的 发展起抑制作用。空气中的氧气和水汽分子对电子都有一定 的亲合性，但还不是太强；而后面将要介绍的某些特殊的电 负性气体（例如SF6）对电子具有很强的亲合性，其电气强 度远大于一般气体，因而被称为高电气强度气体。
● 除了电力工业、电工制造业外，高电压技术 目前还广泛应用于大功率脉冲技术、激光 技术、核物理、等离子体物理、生态与环 境保护、生物学、医学、高压静电工业应 用等领域。
第一篇 电介质的电气 强度
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第一章 气体放电的基本物理过程
第一节 带电粒子的产生和消失 第二节电子崩 第三节 自持放电条件 第四节 起始电压与气压的关系 第五节 气体放电的流注理论 第六节 不均匀电场中的放电过程 第七节 放电时间和冲击电压下的气隙击穿 第八节 沿面放电和污闪事故
◆带电粒子的消失
气体中带电粒子的消失可能有下述几种情况： 1. 带电粒子在电场的驱动下作定向运动，在到达电极时，消失于电极
上而形成外电路中的电流。 2. 带电粒子因扩散现象而逸出气体放电空间； 3. 带电粒子的复合 当气体中带异号电荷的粒子相遇时，有可能发生电荷的传递和中和， 这种现象称为复合。复合可能发生在电子和正离子之间，称为电子复合， 其结果是产生了一个中性分子；复合也可能发生在正离子和负离子之间， 称为离子复合，其结果是产生了两个中性分子。上述两种复合都会以光子 的形式放出能量，这种光辐射在一定条件下能导致其他气体分子的电离。 带电粒子的复合率与正、负电荷的浓度有关，浓度越大则复合率越高。
第一节 带电粒子的产生和消失
◆ 带电粒子的运动
△当气体中存在电场时，带电粒
子将同时进行混乱热运动和沿 电场的定向漂移。
△自由行程长度：一个粒子在每
两次碰撞间自由地通过的距离 （随机量）。
平均自由行程长度：该粒子自由行程长度的平均值。 电子的平均自由行程长度为
e
kT
r 2 p
p：气压 T：气温
k：波尔兹曼常数 r：气体分子半径
△电离能
产生电离所需要的最小能量。
△激励
一个或若干个电子向较高能级轨道的跃迁。
△分级电离
先经过激励再接着产生电离的过程。
◆带电粒子的产生
按照所加能量的形式不同，电离可分为：
●热电离 ●光电离 ●碰撞电离
W 3 kT 2
普朗克常数 6.63×10-34J·s
W h
波尔茨曼常数 1.38×10-23J/K
普 通 高 等 教 育 “十 二 五” 国 家 规 划 教 材 电气工程及其自动化专业系列教材
高电压技术
第一篇 电介质的电气强度
绪论
● 高电压技术主要研讨高电压(强电场)下的各种电气物理问题。 ● 高电压技术的发展始终与大功率远距离输电的需求密切相关。 ● 对于电力类专业的学生来说，学习本课程的主要目的是学会正确处理电力系统中过电压与绝 缘这一对矛盾。 ● 为了说明电力系统与高电压技术的密切关系， 以高压架空输电线路的设计为例，在图 0-1中 列出了种种与高电压技术直接相关的工程问题。
每立方厘米的常态空气中经常存在着500~1000对正、负带电粒子，它 们是外界电离因子（高能辐射线）使空气分子发生电离和产生出来的正、 负带电粒子又不断地复合所达到的一种动态平衡。
谢 谢！
广东水利电力职业技术学院 电力工程系—供用电技术专业
◆带电粒子的产生
气体原子的激励和电离
施加能量 W > Wi 自由电子
施加能量 施加能量
自由电子
激发 分级游离
施加能量 激发
光子
◆带电粒子的产生
• 气体原子的激励和电离
△电离
外界以某种方式给处于某一能级轨道上的电子施加 一定的能量，该电子就可能摆脱原子核的束缚而成 为自由电子。原来中性的原子变成带负电的自由电 子和带正电的正离子的物理过程。