火花放电闪电原理
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
因而避雷针可以使可能发生的大型火花 放电转变成电晕放电或者小型火花放电。
电晕放电
当在电极两端加上较高但未达击穿的电 压时，如果电极表面附近的电场很强， 则电极附近的气体会被局部击穿而产生 电晕放电现象。
问题
闪电分支是如何发光的，它们有没有到 达阴极，分支结构是不是方向性导致的 （云端到地面）？
两个辅助电子崩头部被正空间电荷所 吸引。
流注头部伸出两个分枝，它们是子电 子崩的注入而形成的，通道中的电子流入 阳极。围绕着前进中的流注，不断产生光 子，进而产生次电子崩注入，使流注以极 快速度发展，约3-4×10～8cm/s。
只有一个流注继续发展，其他几个 因为没有子电子崩的注入而终止前进了， 即实际上最终只形成了一条单一的放电 通道。
因为α随电场迅速增大，二次电子 崩的产量也增多了。 电子崩产生的电荷 分布非常不均匀，前疏后密。
空间电荷畸变了原来的电场，二次电子 崩的方向也不再与主电子崩相同，同时光 辐射是指向各个方向的，光电子产生的地 点也是随机的，这说明放电通道可能是曲 折。
光电子产生的子电子崩汇集到由阳极 生长的放电通道，并帮助它的发展，形成 由阳极向阴极推进的电离通道，即流注。
火花放电的机制
Leob和Meek等人于1939年左右在汤生放 电理论基础上引入了流注（streamer） 的概念，并提出了火花放电的正流注机 制。
流注（streamer）
流注（流光）: 主电子崩中释放的光子引起二次电离,产 生二次电子崩汇入初始电子崩，主要构成 为大量的正、负带电质点构成的等离子体。 它是放电的丝带通道。
当第一个先导即阶梯先导到达地面后，立即 从地面经过已经高度电离了的空气通道向云 中流去大量的电荷。这股电流是非常强，会 把空气通道被烧得白炽耀眼，出现一条弯弯 曲曲的细长光柱。这个阶段叫做“回击”阶 段，也叫“主放电”阶段。
第一个阶梯先导加上第一次回击，就构成了 第一次脉冲放电的全过程，其持续时间只有 百分之一秒。
流注机制的总结
在火花放电中流注是从电子崩发展起来 的，电子崩的发展使空间电荷积累起来。 当这种空间电荷积累得足够多而达到某 一临界值时，他们在空间形成了足够大 的电场，由此产生大量次级电子崩使雪 崩向流注过渡，直至气体击穿。
避雷针的困惑
问题： 尖端有利于放电，那么避雷针到底
是避雷还是吸雷？
针尖状电极周围场强很大，易于发生电 离，可以观察到微弱的、持续、不稳定 的短脉冲电流。针尖状电极的绝缘击穿 电压要远低于相同电极间距的平行板电 极时的绝缘击穿电压。
是不是也有许多闪电没有分枝？ 闪电放电的速度为什么不是光速，为什
么是有方向性的，是阳极向阴极发射么？
谢谢观赏！
第一个脉冲放电过程结束之后，只隔一段极其 短暂的时间(百分之四秒)，又发生第二次脉冲 放电过程。第二个脉冲也是从先导开始，到回 击结束。经第一个脉冲放电后，第二个脉冲的 先导就不再逐级向下，而是从云中直接到达地 面。这种先导叫做“直窜先导”。直窜先导到 达地面后，约经过千分之几秒的时间，就发生 第二次回击以完成第二个脉冲放电过程。紧接 着再发生第三个直窜先导和回击，如此反复完 成多次脉冲放电过程。由于每一次脉冲放电都 要大量地消耗雷雨云中累积的电荷，因而以后 的主放电过程就愈来愈弱，直到雷雨云中的电 荷储备消耗殆尽，脉冲放电方能停止，从而结 束一次闪电过程。
流注一旦到达阴极，电流脉冲即以 10～9-10～10cm/s的速度放电。
负流注
如果所加电压超过临界击穿电压（过电 压），电子崩电离加强，虽然电子崩还 没有发展到阳极附近，但在间隙中部就 可能产生许多光电子及子电子崩,它们 汇集到主电子崩,加速放电的发展，增 加放电通道的电导率，形成由阴极向阳 极发展的流注，称为负流注。
Reather提出的负流光的形成机制
在空间某处，由宇宙射线或阴极产生种 子电子。在外电场作用下，形成一个向阳极 运动的电子崩。电子崩产生大量光子，沿途 引起气体分子强烈电离和激发，产生次级电 子崩，次级电子崩又会形成更多的电子崩。 这就是火花放电形成分支分叉的原因。主次 电子崩不断发展，会在两级间形成导电带， 这时有强大电流脉冲通过气体，发出强烈的 光和热。
实验发现流注有正流注和负流注以及从电 极之间发展起来的流注，形态各不相同。
正流注
Leob和Meek等人于1939年左右在汤生理 论基础上提出火花放电的正流注机制。
在外施电场作用下，电子崩由阴极向阳 极发展，由于气体原子（或分子）的激励、电子崩，电子崩接近阳极时，电离最强, 空间电荷电场最强，光辐射也强。
火花放电
闪电（Lightning）
“阶梯先导”放电过程 ： 在强电场的推动下，云中的自由电子向
下移动形成电子崩。第一次放电脉冲的先导 是逐级向下传播的，象一条发光的舌头。开 头，这光舌只有十几米长，经过千分之几秒 甚至更短的时间，光舌便消失；然后就在这 同一条通道上，又出现一条较长的光舌(约30 米长)，转瞬之间它又消失；接着再出现更长 的光舌，光舌采取“蚕食”方式步步向地面 逼近。经过多次放电—消失的过程之后，光 舌最终到达地面。
电晕放电
当在电极两端加上较高但未达击穿的电 压时，如果电极表面附近的电场很强， 则电极附近的气体会被局部击穿而产生 电晕放电现象。
问题
闪电分支是如何发光的，它们有没有到 达阴极，分支结构是不是方向性导致的 （云端到地面）？
两个辅助电子崩头部被正空间电荷所 吸引。
流注头部伸出两个分枝，它们是子电 子崩的注入而形成的，通道中的电子流入 阳极。围绕着前进中的流注，不断产生光 子，进而产生次电子崩注入，使流注以极 快速度发展，约3-4×10～8cm/s。
只有一个流注继续发展，其他几个 因为没有子电子崩的注入而终止前进了， 即实际上最终只形成了一条单一的放电 通道。
因为α随电场迅速增大，二次电子 崩的产量也增多了。 电子崩产生的电荷 分布非常不均匀，前疏后密。
空间电荷畸变了原来的电场，二次电子 崩的方向也不再与主电子崩相同，同时光 辐射是指向各个方向的，光电子产生的地 点也是随机的，这说明放电通道可能是曲 折。
光电子产生的子电子崩汇集到由阳极 生长的放电通道，并帮助它的发展，形成 由阳极向阴极推进的电离通道，即流注。
火花放电的机制
Leob和Meek等人于1939年左右在汤生放 电理论基础上引入了流注（streamer） 的概念，并提出了火花放电的正流注机 制。
流注（streamer）
流注（流光）: 主电子崩中释放的光子引起二次电离,产 生二次电子崩汇入初始电子崩，主要构成 为大量的正、负带电质点构成的等离子体。 它是放电的丝带通道。
当第一个先导即阶梯先导到达地面后，立即 从地面经过已经高度电离了的空气通道向云 中流去大量的电荷。这股电流是非常强，会 把空气通道被烧得白炽耀眼，出现一条弯弯 曲曲的细长光柱。这个阶段叫做“回击”阶 段，也叫“主放电”阶段。
第一个阶梯先导加上第一次回击，就构成了 第一次脉冲放电的全过程，其持续时间只有 百分之一秒。
流注机制的总结
在火花放电中流注是从电子崩发展起来 的，电子崩的发展使空间电荷积累起来。 当这种空间电荷积累得足够多而达到某 一临界值时，他们在空间形成了足够大 的电场，由此产生大量次级电子崩使雪 崩向流注过渡，直至气体击穿。
避雷针的困惑
问题： 尖端有利于放电，那么避雷针到底
是避雷还是吸雷？
针尖状电极周围场强很大，易于发生电 离，可以观察到微弱的、持续、不稳定 的短脉冲电流。针尖状电极的绝缘击穿 电压要远低于相同电极间距的平行板电 极时的绝缘击穿电压。
是不是也有许多闪电没有分枝？ 闪电放电的速度为什么不是光速，为什
么是有方向性的，是阳极向阴极发射么？
谢谢观赏！
第一个脉冲放电过程结束之后，只隔一段极其 短暂的时间(百分之四秒)，又发生第二次脉冲 放电过程。第二个脉冲也是从先导开始，到回 击结束。经第一个脉冲放电后，第二个脉冲的 先导就不再逐级向下，而是从云中直接到达地 面。这种先导叫做“直窜先导”。直窜先导到 达地面后，约经过千分之几秒的时间，就发生 第二次回击以完成第二个脉冲放电过程。紧接 着再发生第三个直窜先导和回击，如此反复完 成多次脉冲放电过程。由于每一次脉冲放电都 要大量地消耗雷雨云中累积的电荷，因而以后 的主放电过程就愈来愈弱，直到雷雨云中的电 荷储备消耗殆尽，脉冲放电方能停止，从而结 束一次闪电过程。
流注一旦到达阴极，电流脉冲即以 10～9-10～10cm/s的速度放电。
负流注
如果所加电压超过临界击穿电压（过电 压），电子崩电离加强，虽然电子崩还 没有发展到阳极附近，但在间隙中部就 可能产生许多光电子及子电子崩,它们 汇集到主电子崩,加速放电的发展，增 加放电通道的电导率，形成由阴极向阳 极发展的流注，称为负流注。
Reather提出的负流光的形成机制
在空间某处，由宇宙射线或阴极产生种 子电子。在外电场作用下，形成一个向阳极 运动的电子崩。电子崩产生大量光子，沿途 引起气体分子强烈电离和激发，产生次级电 子崩，次级电子崩又会形成更多的电子崩。 这就是火花放电形成分支分叉的原因。主次 电子崩不断发展，会在两级间形成导电带， 这时有强大电流脉冲通过气体，发出强烈的 光和热。
实验发现流注有正流注和负流注以及从电 极之间发展起来的流注，形态各不相同。
正流注
Leob和Meek等人于1939年左右在汤生理 论基础上提出火花放电的正流注机制。
在外施电场作用下，电子崩由阴极向阳 极发展，由于气体原子（或分子）的激励、电子崩，电子崩接近阳极时，电离最强, 空间电荷电场最强，光辐射也强。
火花放电
闪电（Lightning）
“阶梯先导”放电过程 ： 在强电场的推动下，云中的自由电子向
下移动形成电子崩。第一次放电脉冲的先导 是逐级向下传播的，象一条发光的舌头。开 头，这光舌只有十几米长，经过千分之几秒 甚至更短的时间，光舌便消失；然后就在这 同一条通道上，又出现一条较长的光舌(约30 米长)，转瞬之间它又消失；接着再出现更长 的光舌，光舌采取“蚕食”方式步步向地面 逼近。经过多次放电—消失的过程之后，光 舌最终到达地面。