第十八讲气体电介质的击穿详解.ppt

第十九讲 气体电介质的电导与击穿 一电介质中的电荷输运 1 电导和击穿的一般概念 电介质电导（漏导）：任何电介质都不是理想绝缘体，在电场作用下，总有一定电流流过，这就是电介质的电导。这种电流很小，因此也称电介质的漏导。 电阻率： 电导率： 理想介质 ： 实际介质： 其中l，A，R分别为电介质长度，截面积和电阻。 实际电介质中，或多或少存在一定的自由带电粒子，这些带电粒子运动可分为： 无电场时： 热运动 加电场E时： 热运动+定性迁移 电流 在电场作用下正负载流子的迁移平均速率 为： 其中μ+和μ-为正负载流子的迁移率，即平均电场强度作用下正负载流子在电场方向平均迁移速率。 若正负载流子浓度为n+和n-，且n+=n-=n，载流子电量为q，则： 电流： 电流密度： 上式中γ=qn（μ++μ-）即电介质的电导率。 载流子和电导种类： 载流子种类包括：电子（空穴）、离子（格点）或胶粒。 相应的电导分类： 电子电导（包括空穴电导）：载流子是电子（空穴）。 离子电导（包括空格点电导）：载流子是正离子或负离子或 空格点；离子电导 是电介质电导的主要形式。 电泳电导：载流子是液体电介质中的带电胶粒。 电介质电导与电场强度关系： 在电场不太高的情况下 n 、q 、 μ+和μ- 是与电场E无关的常数， 因此电导率γ也是与电场E无关的常数。电介质的电导服从欧姆定律。 当电场强度相当高时，电介质的电导不服从欧姆定律，电导率不再是常数， 电介质固有绝缘性被破坏，变成导体。 这种由电场直接作用才生的电解质破坏，称为电击穿。发生击穿的理解电压称为击穿电压。相应的临街长枪称为击穿场强。 2 均匀电场和非均匀电场： 电场大小和方向处处相同的电场称为均匀电场，否则称为非均匀电场。 电场不均匀系数： 电场不均匀系数是表征电场均匀性的参数，定义为最大场强Emax与平均场强Eav的比值。 二 气体的电导和放电 1 带电粒子的产生和消失 1）气体中带电粒子的产生和消失： a) 激发和电离： 激发：处于正常状态的原子、分子和离子，当获得一定能量时，其电子，通常为最外层价电子跃迁到较高能级上的过程。激发所需要的能量称为激发能（We ）。激发能也可用激发电位(U)e表示，Ue=We/e 。 电离：当原子、分子和离子获得足够能量，价电子挣脱原子核束缚变为自由电子的过程。电离所需的能量成为电离能（ Wi）。 b）附着：当电子与分子碰撞时，电子有可能被吸引而附着在分子上形成负离子，这个过程称附着。由于离子的电离能力不如电子，附着对放电过程其阻碍作用。 c）复合：正离子和负离子相碰撞而恢复成为分子的过程称为复合，伴随光辐射现象，复合是带电粒子消失的过程。 d）扩散：电子或离子自发地由浓度较高的区域向浓度较低的区域转移的过程，带电粒子的扩散是由热运动造成的，是热力学第二定律的必然结果。 2）电极表面发射： 为使气体放电中有电荷循环，还必然有阴极金属发射电子的过程，且一定条件下，印记发射电子是放电中带电粒子的重要来源。 逸出功：金属表面的电子从金属中脱离出来所需的能量。逸出功取决于金属原子结构和表面状态。 阴极表面发射电子类型： 正离子碰撞阴极，使金属表面释放出电子。 光电效应：金属表面受光辐射（光子能量逸出功），发射电子。。 热电子发射：阴极被加热到很高温度，金属中的电子获得巨大的动能而逸出，形成热电子发射。 强场发射：当阴极附近电场强度很高时，阴极也发射电子，称场致发射或冷发射。 2 气体的j-E特性和放电现象 1） 气体的j-E特性： 第一部分：电流密度随电场强度呈正比增加，大致符合欧姆定律。 第二部分：场强增加到E1附近，电流密度j不再随电场强度发生变化，其饱和电流密度值极小，处于良好绝缘状态。 第三部分：场强增至 E2附近，电流又增长，气体的绝缘性能尚未遭破坏，气隙并没有击穿。当电场增加到临界电场强度EB时，j急剧增大，伴有明显的声、光现象，绝缘性被破坏，气体击穿。? js 1 2 3 E1 E2 EB j E 自持放电 非自持放电 2）击穿后放电现象 气体放电有种种不同形式，受气体压力、电极形状、极间距离、电源功率等因素影响。 辉光放电：气压较小，电源功率很低，当外加电压增加到一定数值时，回路中电