第二章气体放电的物理过程(1)
第二章气体放电的物理过程
本章节教学内容要求：
气体分子的激发与游离，带电质点的产生与消失
汤森德气体放电理论：电子崩的形成，自持放电的条件，帕邢定律。
流注理论：长间隙击穿的放电机理，极性效应，先导放电，雷云放电及电晕。
必要说明：1）常用高压工程术语
击穿：在电场的作用下，由电介质组成的绝缘间隙丧失绝缘性能，形成导电通道。
闪络：沿固体介质表面的气体放电（亦称沿面放电）。
电晕：不均匀电场条件下的气体自持放电现象。
击穿电压（放电电压）Ｕb（ｋＶ）：使绝缘击穿的最低临界电压。
击穿场强（抗电强度，绝缘强度）Ｅb（ｋＶ／ｃｍ）：发生击穿时在绝缘中的最小平均电场强度。Ｅｂ＝Ｕｂ／Ｓ（Ｓ：极间距离）
放电
辉光放电：当气体压力低，电源容量小时，放电表现为充满整个气体间隙两电极之间的空间辉光，这种放电形式称为辉光放电。
火花放电：在大气压力或更高的压力下，电源容量不大时变现出来的放电。主要表现为：从一电极向对面电极伸展的火花而不是充满整个空间。火花放电常常会瞬时熄灭，接着有突然出现。
电晕放电：在不均匀电场中，曲率半径很小的电极附近会出现紫兰色的放电晕光，并发出“兹兹”的可闻噪声，此种现象称为电晕放电。如不提高电压，则这种放电就局限在很小的范围里，间隙中的大部分气体尚未失去绝缘性能。电晕放电的电流很小。
电弧放电：在大气压力下，当电源容量足够大时，气体发生火花放电之后，便立即发展到对面电极，出现非常明亮的连续电弧，此称为电弧放放电。电弧放电时间长，甚至外加电压降到比起始电压低时电弧依然还能维持。电弧放电电流大，电弧温度高。
电气设备常常以一个标准大气压作为绝缘的情况，这是可能发生的是电晕放电，火花放电或者是电弧放电。
2）常见电场的结构
均匀场：板－板
稍不均匀场：球－球
极不均匀场：（分对称与不对称）
棒－棒对称场
棒－板不对称场
线－线对称场
§２－１气体中带电质点的产生和消失
一．带电粒子的产生（电离过程）
气体中出现带电粒子，才可在电场作用下发展成各种气体放电现象，其来源有两个：一是气体分子本身发生电离，二气体中的固体或液体金属发生表面电离。
激励能：一个原子的外层电子跃迁到较远的轨道上去的现象称为激励，其值为两个能级之间的差值。
电离能：当外界加入的能量很大，使电子具有的能量超过最远轨道的能量时，电子就会
变成自由电子，使得一个中性原子变成一个自由电子和一个带正电的离子，这个过程称为电离，达到电离所需要的最小能量称为电离能。
㈠碰撞电离
定义：气体介质中粒子相撞，撞击粒子传给被撞粒子能量，使其电离。在放电形成时期主要取决于电子与气体分子的撞击.
条件：
⑴撞击粒子的总能量＞被撞粒子的电离能
能量包括动能与位能
无电场作用时，动能小不足以造成撞击电离。
有电场作用时，带电粒子在电场方向加速，但离子体积大，易碰撞损失动能，所以电场中造成碰撞电离的主要因素是电子。
⑵一定的相互作用的时间和条件，通过复杂的电磁力的相互作用达到两粒子间能量转换。
一般来说，撞击体的动能越大，造成电离的概率越大，但超过一定速度的电子，其速度再进一步增大时，其撞击电离的反而概率降低，相互作用时间太短，来不及完成能量的相互转换。
主要影响因素有：
电场强度（外加电压及间隙距离），空气密度，气体分子性质等
㈡光电离
定义：在光照射下，将光子能量传给粒子，游离出自由电子。由光电离而产生的自由电子亦称为光电子。光电离在气体放电中很重要。
必要条件：光子的能量大于气体粒子的电离能
光子来源：紫外线、伦琴射线、γ射线、宇宙射线
气体本身反激励，异号粒子复合也产生光子
㈢热电离
定义：气体的热状态造成的电离，实质仍是碰撞电离和光电离（热辐射产生的光子能量大且数目多），能量来自气体分子的热能，1000K数量级。
㈣表面电离
气体中的电子也可从金属电极表面游离出来。游离需要能量，称逸出功，一般小于气体的电离能，表面电离在气体放电过程中有重要的作用。
获得逸出功的途径：
⑴热电子发射：金属电极加热，分子动能
⑵强场发射：电极加上强电场
⑶二次电子发射：高能量粒子撞击金属电极表面（正离子撞击阴极）
⑷光电子发射：短波光照射金属表面
㈤负离子的形成
中性分子或原子与电子相结合。将放出能量称亲和能Ｅ，气体分子的这种俘获电子的性质被称为电负性。
亲和能E越大,就越容易形成负离子
负离子现象对气体放电的发展起抑制作用
二．气体中带电粒子的消失
１．中和
受电场力作用流入电极中和电量。
２．扩散（分子热运动）
带电粒子由高浓度区向低浓度区移动，使空间各处的浓度趋于均匀的过程。３．复合
带有异号电荷的粒子相遇，发生电荷的传递，中和而还原为中性粒子的过程。
复合时有能量释放：光热声等。－空间光电离
§２－２气体放电机理
一:概述
外加电压很小时，气隙中的电流是由外界因素所造成的电子和离子所形成的。其数量极小，只能看做是极其微小的泄漏。
（泄漏电流：当外加电场强度尚不能在气隙中，产生碰撞游离时，气隙中的电流是由外界电离因素，引起的电子和离子所形成的，其数量极小，故电流极小。）
场强高达某一定值后，气体发生连续的碰撞电离，象雪崩似的增长，称电子崩。电流大增。
（电子崩：外界电离因子在阴极附近产生一个初始电子如果空间的电场强度足够大，该电子在向阳极运动时就会引起碰撞电离，产生出一个新电子，初始电子和新电子继续向阳极运动，又会引起新的碰撞电离，产生更多的电子。依次类推，电子数以几何级数不断增多，象雪崩似的发展，这种急剧增大的空间电流被称为电子崩。）
3．Ｅ＜Ｅcr（临界场强：由非自持放电转入自持放电的场强）时，电子崩有赖外界游离因素，为非自持放电。
４．Ｅ＞Ｅcr时，电子崩仅由电场的作用而自行维持和发展，为自持放电。
两者间区别：在于是否依赖外界游离因素。
５．此后的发展随电场情况不同分别表现为：
1、均匀电场各处的场强差异不大，任意一处一旦形成自持放电，气体整个间隙击穿。
2、不均匀电场：自持放电形成电晕。
（1）、若间距较小即（Ｓ小）：Ｕ↑→火花放电
（2）、若间距较大（Ｓ大）：Ｕ↑→刷形放电，Ｕ↑↑→火花放电（电源功率大时，火花击穿迅速变成电弧）
二、汤森德气体放电理论（均匀电场）
一、下面结合均匀电场气隙的击穿过程的说明介绍两种气体放电理论
要点：气隙的击穿就是各种形式的游离持续发展的过程，条件不同（影响最大的是δ·Ｓ值。δ：气体的相对密度，Ｓ：极间距离），各种游离所起作用的强弱不同，气隙击穿的机
理也就有不同。
（１）当δ·Ｓ值较小时，电子的撞击游离和正离子撞击阴极造成的表面游离起主要作用，气隙击穿电压大体是δ·Ｓ值的函数——汤森德机理，δ·Ｓ＜０.２６ｃｍ
（２）当δ·Ｓ值较大时，实验表明，数据、现象与汤森德机理有矛盾，提出流注机理
二．δ·Ｓ值较小时气隙的击穿过程（汤森德机理）
㈠汤森德气体放电机理适用范围：
低气压、短间隙（δ·Ｓ＜０.２６cm ）和均匀电场；和汤森德气体放电机理其相关的3个参数：
α电子游离系数（电子，气体分子，1cm,自由电子数）、
β正离子游离系数（正离子，气体分子，1cm,自由电子数）、
γ表面游离系数（正离子，阴极表面，自由电子数），
㈡放电过程描述：
⑴电子的撞击游离发展形成电子崩即带电质点的大量产生；
参数α（气体性质、大气压力、电场强度、均匀电场下为常数）β作用小可以忽略。初始激发电子数为0N ；到达阳极的电子数为as
x e N N 0=若00=N ，则产生的电子数和正离子数也为0即只有碰撞游离因素，是不能维持放电发展的。这种需要依靠外界游离因素支撑的放电称为非自持放电。
若10=N ，则产生的电子数和正离子数均为)
1(-as e ⑵电子崩产生的正离子撞击到阴极表面时造成金属表面游离（至少一个电子逸出）当电压继续升高到c U 后，电流急剧增加，气隙转入良好的导电状态。由于电压的增加，游离将更为剧烈同时产生更多的正离子。从上所述，一个电子在经过一段距离s 后，产生的阳离子个数为)1(-as e
个，这些正离子到达阴极以后，又能产生新的电子（γ作用，1<<γ）则)1(-as e 个正离子撞击阴极产生的电子数为)1(-as e γ，即表面至少逸出一个电子，则即使外界的游离因素不复存在，气隙中的游离过程也能够进行下去。这种只需要依靠电场就能够维持下去的放电称为自持放电。放电进入自持阶段，并最终击穿。
由此，均匀电场中由非自持放电转入为自持放电的条件为：
1
)1(≥-as e γ故经过上述两个过程的分析，此时的物理含义就比较清晰了。由于偶然的一个因素而产生的一个电子从阴极出发在间隙中引起强烈的电离，游离出的全部正离子)1(-as e 达到阴极能由γ过程在阴极表面上至少逸出一个电子，放电转入自持阶段。即自持放电的条件（不需要外界游离因素的存在可致气隙击穿）
由非自持放电转入自持放电的电压称为起始放电电压0U 。
对于均匀电场，则气隙被击穿，此后可形成辉光放电或火花放电或电弧放电，起始放电电压0U 就是气隙的击穿电压b U 。
对于不均匀电场，则在大曲率电极周围电场集中的区域发生电晕放电，而击穿电压b U 要比起始放电电压0U 要高好多。
以上所描述的均匀电场气隙的击穿放电的理论称为汤森德气体放电理论。
由1)1(≥-as e γ推倒可得到)(s f U b δ=的关系
（三）帕邢定律
当气体和电极材料一定时，气体的击穿电压是气压δ和间隙距离S 乘积的函数。在汤森德理论提出以前，就已经被帕邢从实验中总结出来了，故称为帕邢定律。
52
1
10.3
520.1
0.533图－－均匀电场的帕邢曲线
帕邢定律：击穿电压Ｕb ＝ｆ（δ·Ｓ）（与δ·Ｓ的积有函数关系）
1889年由实验结果总结出
解释：a ）设Ｓ不变δ↑→λｅ短，聚能少，有效碰撞几率小→Ｕｂ↑
δ↓→λｅ长，但气体分子少，碰撞少→Ｕｂ↑
实用意义：将气隙抽真空或加大气隙气压，均能提高气隙的绝缘强度（Ｕｂ↑）
b ）设δ不变,Ｓ↑→E ↓得一定的Ｅ，必须Ｕｂ↑
Ｓ↓→Ｅ大,但电子在全程中的碰撞次数少，必须Ｕｂ↑
有上述的介绍可以看出：当δ·Ｓ出现的乘积为很大和很小时，Ｕｂ都会体现出很大的值，即曲线会呈现出U 型的分布，也就是两者之间有Ｕｂｍｉｎ。
（四）汤森德放电机理的局限性
当气隙气压升高至大气压，δＳ过大时，汤森德机理存在不足：
1、放电形式：在大气压下放电不再是辉光放电，而是火花通道。（具有分支和不连续）
2、放电时间：放电时间短于正离子在通道中到达阴极的行程时间。（电子崩产生使得均压电场中气体整个间隙击穿）
3、与电极材料关系：阴极材料在放电过程中作用不大，即使没有γ作用，依然能自持放电。
不能解释的原因：
1、没有考虑到电离出来的空间电荷会使电场畸变，从而对放电过程产生影响。
2、没有考虑到光子在放电过程中的作用。
三．流注机理
1939年，雷泽在实验的基础上建立起来了流注理论解释了δＳ值较大时气隙的击穿过
程。
流注机理指出电子的碰撞游离和空间光游离是形成自持放电的主要因素，并强调空间电荷畸变电场的作用！
流注理论认为：在初始阶段，气体放电以碰撞电离和电子崩的形式出现，但当电子崩发展到一定程度后，某一初始电子崩的头部积聚到足够数量的空间电荷，就会引起新的强烈电离和二次电子崩，这种强烈的电离和二次电子崩是由于空间电荷使局部电场大大增强以及发生空间光电离的结果，这是放电即转入新的流注阶段。
此理论目前主要只是对放电过程作定性的描述，定量计算尚不成熟。
较均匀电场
1、分析过程
（一）空间电荷对原有电场的影响
电子崩的头部集中着大部分的正离子和几乎全部电子。原有均匀场强在电子崩前方和尾部处都增强了，在这两个强场区中间出现了一个电场强度很小但电子和正离子浓度却最大的区域，使此处产生强烈的复合并发射出许多光子，成为引发新的空间光电离的辐射源。如下图所示。
x (a)
(b)E
E 0
d
E 0
（二）空间光电离的作用
上面所说的辐射源向气隙空间各处发射光子而引起光电离。如果光子位于强场区，二次电子崩将以更大得多的电离强度向阳极发展，或汇入崩尾。（光电离的作用）
二次电子崩：当外施电压达到气隙的最低击穿电压时，情况就发生了质的变化。在此情况下电子崩的崩头和崩尾将走完整个间隙，由于崩头和崩尾的电子和正离子此时非常多，使得崩头和崩尾的外围的场强大为增加。同时，崩中部的合成场强很弱，故在此处会给电子和中性质点结合形成负离子以很大的概率，当负离子和正离子相复合时便会产生大量的光子。崩头强烈的电离过程必然会伴随着强烈的激励和反激励，强烈的反激励会放出大量的光子。前面两个过程中所产生的光子向空间周围发射，相比而言发射到阳极的光子起不到什么作用直接进入到阳极。发射到崩尾的光子，造成了空间光电离，电离出的电子在崩尾局部强化了的电场中形成许多衍生的电子崩。
正流注：衍生电子崩的崩头部的电子汇合到主崩尾部正空间电荷区，使主崩本体区域成为正负质点的混合通道，该处的场强较弱，此处不存在强烈的电离，这里的电子大多成为了负离子。主崩尾部外缘为衍生崩的崩尾正空间电荷区，这些正空间电荷大大加强了崩尾外围的电场，使在此区域内不断造成新的衍生电子崩，并不断的汇合到主崩的尾部来。就一个衍生电子崩的方向来看，其发展方向是向着阴极发展的，这一过程称为正流注，意思是从正极出发的。
当流注通道发展到接近阴极时，通道端部与阴极间的场强急剧增加。在此区域内发生
及其强烈的电离，电离出的大量电子沿流注通道流向阳极，并从电场中获得加速和动能，在碰撞后又传给通道中的气体分子，使通道中的温度上升达几千度，通道内部发生热游离，整个通道就转化为火花通道，气隙的击穿也就完成了。
上述的描述是在外施电压不是很高的情况下，电子崩需要经过整个间隙，才能在其头部聚集足够的电子，达到火花击穿时的这个电压，就是间隙的最低击穿电压。
当外部电压很高时，则主崩不需要经过整个间隙，其头部即已积累到足够多的空间电荷以发展流注了，除了正流注，还有负流注。
负流注：当外加电压足够强时，主崩不需经过整个间隙距离就可发展流注。主崩头部局部电场最强，极易发展衍生电子崩，其后，主崩头部的电子和衍生崩尾的正离子形成混合通道。这些新的衍生崩与主崩汇合成迅速向阳极推进的流注，称为负流注。起源也是光电子。正负流注同时发展，还可出现分支。、
流注：这些电离强度和发展速度远大于初始电子崩的新放电区（二次电子崩）不断汇入初崩通道，这一过程称为流注。
图－－流柱的形成(a (b
(c
２．流注放电过程的三个阶段
⑴电子崩阶段
⑵流注阶段
⑶主放电阶段
可见：流注过程是由于空间电荷的存在积累到一定数量，引起电场畸变，由光电子衍生出新的电子崩，流注发展，产生伴有强烈热游离的主放电，最后导致间隙击穿。
均匀电场中，一旦形成流注，放电就能自持发展，直到整个间隙击穿。所以，在均匀电场中形成流注的条件，就是间隙的击穿条件。
3、不均匀电场（流注理论进行解释）
4、适用范围：
当cm s 26.0<δ时用汤森德理论，cm s 26.0>δ时用流注理论
§２－3电晕放电
电晕放电简介
1．电晕的形成及特点
在极不均匀电场中，最大场强与平均场强相差很大，当外加电压和平均场强还较低时，在电极尖端附近的局部场强已很大，足以产生强烈的游离。但由于电极较远处的场强仍很小，所以次游离不能扩展。伴随着游离过程，存在着正负离子的复合和反激励，发出大量的光辐射和“丝丝”的声音以及兰色的晕光，这就是电晕。
特点：自持放电;电流小(微安级）
2．电晕的危害
有声、光的产生和能量损耗；产生的高频脉冲电流含有许多高次谐波，造成无线电干扰；使空气局部游离，产生的臭氧和氧化氮等会腐蚀金属器具；电风的产生及影响等。
有利的一面：可削弱输电线上雷电冲击电压波的幅值和陡度，除尘，负氧离子发生器。
3．输电线路的电晕与防治措施
根本的途径是设法限制和降低导线的表面电场强度（改进电极的形状，增大电极曲率半径均压环、屏蔽环）。可采用扩径导线和空心导线，更加合适的措施是采用分裂导线（同时分裂导线还可以降低线路电抗，我国330千伏线路采用双分裂导线，架设的500千伏线路将采用4分裂导线），尽量消除金具、导体上的尖端，并扫清悬式瓷瓶的灰尘积垢。
§２－4不均匀电场气隙的击穿
电力工程中大多是不均匀电场，其气隙的击穿有显著的极性效应和较长的放电时延，因而与所加电压波形有显著关系。
不均匀电场中大多数为不对称：棒－板，线－板
少数为对称分布：棒－棒，线－线
分析方法应采用流注机理
极性效应：在不均匀电场中，当电极的正负电性不同时，气体击穿电压值也不相同，这种现象叫极性效应。高压直流输电过程中的诸多问题（直流输电线路上的电晕，直流电场效应、直流架空线路绝缘等）都离不开极性效应的基础理论。
一．短间隙的击穿
如尖－板不均匀电场中
气隙的击穿有很强的极性效应
形成过程1、电子崩，2、流注阶段，3、主放电阶段
1．正棒－负板：
电子崩是从场强小的区域向场强大的区域发展，此时对电子崩发展是很有利的。电子崩的电子立即进入正棒极，使前方电场被留下的正离子加强，造成发展正流注的有利条件。流注形成后，头部仍为正电荷，使流注进一步向阴极发展。
正流注的发展是连续的，速度很快，与负棒极相比，击穿同一间隙所需要的电压要小。E (c E com =E 0+E q E 0
E E x
(a (b 2．负棒－正板：
初崩是从负极棒向正极板发展的，因此电子崩先经过强场区，场强愈来愈弱。初崩留下E com =E 0+E q++E q-(c)E 0E E q+x
(a)
(b)E q E 0
的正空间电荷虽然增强了负尖极电场，但削弱前方（阳极方向）空间电场，使流注的向前发展受到了抑制。必须升高电压，使初崩通道发展成流注通道，才能产生二次电子崩。
负流注的发展是阶段式的，平均速度比正尖极流注小，同时同一气隙所需要的电压也比正流注高很多。
主放电阶段：
当正负流注发展到对面电极时，间隙被充满正负离子混合质的、具有较大电导的通道所贯穿。在电源电压作用下，间隙内发生更强烈的游离，通道的电导和温度急剧增大，通道失去绝缘，气隙击穿。
二．长间隙的击穿
长间隙击穿的三个阶段：１．电晕放电，２．先导放电，３．主放电
１．电晕放电：
当外加电压升高，棒电极附近的场强Ｅ足够大时，棒极附近出现局部自持放电现象，称为电晕，此时的间隙电压称为电晕起始电压（起晕电压）。不均匀电场中，Ｕ电晕＜Ｕｂ。２．先导放电：
先导通道：继流注之后发展起来的二次过程，通道中伴有热游离。
在通道前方由于热游离而形成炙热的等离子体通道，其电导极大，但轴向场强很小，可看作棒极向板极的延伸。先导通道的形成及不断伸长、发展即为先导放电。先导过程有很强的极性效应，不同极性的先导过程有着不同的特性，必须分别讨论。
1、正先导过程（正棒-负板）
当间隙距离较大时，欲使得间隙被击穿，必须将电压升的很高，由于电场是极不均匀的，故正棒附近的场强将达到很大的数值，使得棒前方广阔的范围里都同时出现强烈的电离，发展成为电子崩和流注。电离出来的自由电子循着各流注通道最终都汇聚到棒极上来，越靠近棒极，流注的密度越大，电流密度也越大，在强电场的作用下，携带了大量的能量，使得该处气体的温度升到104K的数量级，造成热电离，在棒极前方形成了炽热的等离子通道，称为先导通道。由于热电离，通道具有相当高的电导和很小的轴向场强，近似把棒极电位带到通道的前端，好像把棒极延伸到通道的前端一样，这就使得通道前端的场强大增，在此区域内引起新的强流注。这样循环往复使得通道前端的场强始终保持着很强的场强，使得这样过程继续向前发展，直到对面的电极。
先导过程实质上是继流注以后发展起来的二次过程。长间隙火花放电与短间隙火花放电的本质区别在于：长间隙炽热的导电通道是在放电发展过程中建立的，而不是在整个间隙被流注通道贯穿后建立的，所以长间隙击穿的平均场强小于短间隙击穿的平均场强。
2、负先导过程（负棒-正板）
负先导过程比正先导过程建立要复杂，对负先导的研究也不如正先导清楚，故只能描述一下大致的过程。
当很高的电压加到间隙上，在负棒前方的宽广区域中，立即发展大量散射的负流注。负流注中的电子远离棒极，直到离棒极较远处（该处的场强已减弱到不足以使电子产生碰撞电离的程度，在该处电离已经停止），电子便会逐渐被气体分子所俘获，形成大量的负离子。原来的流注区中则留下大量的正空间电荷。这些正空间电荷大大的加强了棒极附近的原来就已经很强的电场，使得该区域中产生非常强烈的电离。高场强和大电流密度使得棒极附近气体加热到很高的温度，产生热电离，形成具有高电导和低轴向场强的负先导通道。所以就近似把棒极电位传到通道的前端。但前方空间中大量的负空间电荷，使得通道前端的合成场强大为减弱，通道发展因而停顿下来。待通道前端的负空间电荷被电场力驱散，先导通道的前方场强再次增强，进而又发展成为新的负流注。接着，大致再重复上述的过程使得先到通道一级一级的向前发展。当负先导通道发展到接近贯穿气隙时。流注区前缘大量的负空间电荷
使得对面的电极附近的电场大大增强，导致从对面电极发出迎面的发电，开始是电子崩和流注，随后形成正先导通道。
负先导具有分级发展的特性，其延伸的平均速度与正先导相比，为正先导的1/5-1/3。３、主放电过程
在先导通道接近板极时，在剩余的一小段间隙中场强剧增，发生强烈的电离过程，在这一小段通道中强烈电离出来的与下电极异号电荷，迅速流向下极，而形成的的同号电荷则沿通道迅速流向上极，同时中和先导通道中多余的与之异号的空间电荷，这个过程称为主放电过程。
主放电把先导通道改造成火花通道（如果电源的功率足够大，则变为电弧通道），气隙击穿。
综上所述：
在极不均匀电场中，气隙较小时，气隙放电大致可分为电子崩、流注、主放电过程。在极不均匀电场中，长气隙放电则可以分为电子崩、流注、先导过程、主放电过程；间隙越长，则先导过程和主放电过程发展的就越充分。
§２－4雷电放电简介
1．雷电的极性：由流入大地的电荷的极性决定，９０％为负性雷
2．三个阶段
（1）先导放电：
延续约几毫秒，先导通道逐级向下发展，高电导，高温，最高电压可达１０～１００ｋＶ。
（2）主放电：
先导通道的前端接近被击物体时，场强较大，空气间隙击穿，巨大的电流导入大地（几百千安），并在与大地的反向电荷中和时释放能量，伴有巨大的轰鸣和突发亮光。造成雷电放电的最大破坏作用
（3）余光放电：
主放电后，剩余电荷沿雷电通道继续流向大地，形成电流幅值衰减的几次较小的放电，并伴有相对较弱的亮光
3．后续分量
原因可能是雷云中存在几个电荷聚集中心
主放电电流幅值较小，但电流波前时间比第一分量小得多，易造成过电压
各分量中的最大电流和电流增长最大陡度是造成被击物体上过电压、电动力和爆破力的主要因素
在余光阶段流过较长时间的电流则是造成雷电热效应的重要因素之一
4.特点(主放电）
a）幅值高：如放电电流可高达数百千安
b）时间短：仅数十微秒
1、气体中带电质点的消失除了中和作用外还包括和。
2、简述汤逊德理论和流注理论的不同特点？
3、均匀电场中由非自持放电转入为自持放电的条件为，流注形成的条件即。
4、流注形成的三个阶段包括、、。
5、在均匀电场中形成流注的条件，就是间隙的击穿条件。（）
6、流注机理并不强调空间电荷畸变电场的作用。（）
7、均匀电场和不均匀电场中都存在有明显的极性效应。（）
8、电晕放电的特点是、。
9、输电线路电晕防治措施是采用导线和导线，更加合适的措施是采用导线。
10、二次电子崩主要是由光电离引起的和空间电荷的作用无关。（）
11、电晕可以使得导线间的耦合系数增大，同时也可以削弱输电线上雷电冲击电压波的幅值和陡度。（）
12、正流注的发展是连续的，速度很快，与负棒极相比，击穿同一间隙所需要的电压要小。（）
13、先导通道是继之后发展起来的二次过程，通道中伴有。
14、雷电放电的特点是、。
实验室气体管道说明及安装
实验室气体管道说明及安装 1.1实验室气体管道系统技术说明 1.1.1编制依据参照国家规 标准规（描述、罗列本招标文件适用的主要标准和规） 下列规、规程和标准通过引用构成了本技术文件的组成部分。本技术文件涉及到的规、规程和标准，除注明年号者外，应为最新版本。所有工程的制造、检验及验收除应符合本技术文件外，尚应符合图样以及订货技术协议的有关规定： ?GB50016－2006《建筑设计防火规Code for Fire Prevention of Building Design》?GB50235－2010 《工业金属管道施工规Code for construction of industrial metallic piping》 ?JGJ91－93《科学实验建筑设计规Design Code for construction of scientific Lab 》 ?GB 50316-2000《工业金属管道设计规Design code for industrial metallic piping》(2008年版) ?GB 50177-2005《氢气站设计规Design Code for H2 station》 ?GB/T 20801-2006《压力管道规工业管道Design Code for Pressure Pipelines》?GB16912-2008 《深度冷冻法生产氧气及相关气体安全技术规程》 ?GB50236-2011 《现场设备、工业管道焊接工程施工规》 ?GB50184-2011 《工业金属管道工程施工质量验收规》 ?SH/T3103-2009 《石油化工中心化验室设计规》 ?电子工业部气体管道安全管理规程 ?GB4962-2008 《氢气使用安全技术规程》 ?SH 3501-2011 《石油化工有毒、可燃介质钢制管道工程施工及验收规》当上述文件与本技术文件条件的要求发生矛盾时，原则上按照较严者的要求执行， 或书面形式向买方提出，由买方负责联络设计方提出处理意见；以上标准均采用 最新版本。
第二章气体动理论
第二章 气体动理论 1-2-1选择题： 1、处于平衡状态的一瓶氦气和一瓶氮气的分子数密度相同，分子的平均平动动能也相同，都处于平衡态。以下说法正确的是： （A ）它们的温度、压强均不相同。 （B ）它们的温度相同，但氦气压强大于氮气压强。 （C ）它们的温度、压强都相同。 (D) 它们的温度相同，但氦气压强小于氮气压强。 2、三个容器A 、B 、C 中装有同种理想气体，其分子数密度n 相同，方均根速率之比4:2:1: : 2 2 2 C B A v v v ， 则其压强之比C B A p p p ::为： (A) 1 : 2 : 4 (B) 1 : 4 : 8 (C) 1 : 4 : 16 (D) 4 : 2 : 1 3、一定量的理想气体贮于某一容器中，温度为T ，气体分子的质量为m . 根据理想气体的分子模型和统计假设，分子速度在x 方向的分量平方的平均值为: (A) 2x v = m kT 3 (B) 2 x v = m kT 331 (C) 2 x v = m kT 3 (D) 2 x v = m kT 4、关于温度的意义，有下列几种说法： (1) 气体的温度是分子热运动平均平动动能的量度. (2) 气体的温度是大量气体分子热运动的集体表现，具有统计意义. (3) 温度的高低反映物质内部分子热运动剧烈程度的不同. (4) 从微观上看，气体的温度表示每个气体分子的冷热程度. 上述说法中正确的是 （A ） (1)、(2)、(4) （B ） (1)、(2)、(3) （C ） (2)、(3)、(4) (D) (1)、(3)、(4)
5、两容器内分别盛有氢气和氦气，若它们的温度和质量分别相等，则： (A) 两种气体分子的平均平动动能相等. (B) 两种气体分子的平均动能相等. (C) 两种气体分子的方均根速率相等. (D) 两种气体的内能相等. 6、一容器内装有N 1个单原子理想气体分子和N 2个刚性双原子理想气体分子，当该系统处在温度为T 的平衡态时，其内能为 (A) ??? ??++kT kT N N 2523)(21 (B) ??? ??++kT kT N N 252 3 )(2121 (C) kT N kT N 252321+ (D) kT N kT N 2 3 2521+ 7、有一截面均匀的封闭圆筒，中间被一光滑的活塞分割成两边，如果其中的一边装有0.1kg 某一温度的氢气，为了使活塞停留在圆筒的正中央则另一边应装入同一温度的氧气质量为： （A ） kg 16 1 (B) 0.8 kg (C ) 1.6 kg (D) 3.2 kg 8、若室内生火炉以后，温度从15°C 升高到27°C ，而室内的气压不变，则此时室内的分子数减少了： (A) 0.5% (B) 4% (C) 9% (D) 21% 9、有容积不同的A 、B 两个容器，A 中装有单原子分子理想气体，B 中装有双原子分子理想气体。如果两种气体的压强相同，那么这两种气体的单位体积的内能A V E ??? ??和B V E ??? ??的关系为： （A ）B A V E V E ??? ????? ??
气体灭火系统原理程序方框图
一、气体灭火系统功能及动作原理程序方框图
二、 灭火系统结构示意图 1、 组合多区分配系统 1、灭火剂贮瓶框架 2、灭火剂贮瓶 3、集流管 4、液流单向阀 5、高压软管 6、瓶头阀 7、启动管路 8、安全阀 9、气流单向阀 10、选择阀 11、压力讯号器 12、启动阀 13、启动钢瓶 14、启动瓶框架 15、火灾自动报警气体灭火控制器 16、控制线路 17、手动启动控制盒 18、放气灯 19、声光报警 20、喷嘴 21、火灾探测器 22、灭火剂输送管道 23、低压安全泄漏阀 2、 单元独立系统 1、灭火剂贮瓶框架 2、灭火剂贮瓶 3、集流管 4、液流单向阀 5、瓶头阀 6、安全阀 7、高压软管 8、启动管路 9、压力讯号器 1 0、启动阀 11、低压安全泄漏阀 12、启动钢瓶 13、火灾自动报警气体灭火控制器 14、控制线路 15、手动启动控制盒 16、放气灯 17、声光报警器 18、灭火剂输送管道 19、喷嘴 20、火灾探测器
三、ZM（4.2）和ZM（2.5）系统技术参数 系统灭火方式：全淹没，最大单区保护面积：800m2；最大单区保护容积：3600m3； 系统公称工作压力(20℃)：一级为2.5MPa、二级为4.2MPa； 系统使用最大工作压力：一级为4.2MPa、二级为6.7MPa； 系统使用最小工作压力：一级为2.0MPa、二级3.6MPa； 灭火剂最大充装密度：一级为≤1120kg/m3；二级焊接钢瓶为≤950kg/m3；二级无缝钢瓶为≤1120kg/m3启动瓶充装压力(20℃)：6.0MPa； 喷头设计工作压力：一级≥0.6MPa；二级≥0.7MPa； 单支喷头保护半径R：喷头安装高度＜1.5m时，R≤4.5m；喷头安装高度＞1.5m时，R≤7.5m。 喷头保护高度：最大安装高度h≤6.5m；最小安装高度h≥0.3m 系统有延时启动功能：延时30S； 灭火剂喷射时间：≤10s； 灭火系统工作环境温度：0℃~+50℃； 系统启动方式：自动、电气手动、机械应急手动操作； 系统启动电源：DC24V±3V、1.1A； 灭火剂贮存瓶规格：70L、90L、120L、150L、180L。 四、系统型号规格和标记示例 1、系统型号规格 系统改进代号。如：A、B、C……。 20℃时系统公称工作压力(MPa)。如：4.2MPa；2.5MPa。 单个贮存容器容积(L)。 七氟丙烷灭火剂 自动灭火装置。 2、标记示例 例1标记：ZM70（4.2） 表示为七氟丙烷自动灭火系统，20℃时公称工作压力为4.2MPa，各贮存灭火剂容器容积为70L。 五、灭火系统工作原理 六、 1、自动控制：将火灾自动报警气体灭火控制器上控制方式选择键拨到“自动”位置时，灭火系统处于自动控制状态，当保护区发生火情，火灾探测器发出火灾信号，报警灭火控制器即发出声、光信号，同时发出联动指令，关闭连锁设备，经过一段延时时间，发出灭火指令，打开启动阀释放启动气体，启动气体通过启动管道打开相应的选择阀和容器阀（瓶头阀），释放灭火剂，实施灭火。 2、电气手动控制：将火灾自动报警气体灭火控制器上控制方式选择键拨到“手动”位置时，灭火系统处于手动控制状态。当保护区发生火情，可按下手动控制盒或控制器上启动按钮即可按规定程序启动灭火系统释放灭火剂，实施灭火。在自动控制状态，仍可实现电气手动控制。
第二章气体分子运动论的基本概念汇总
第二章?????气体分子运动论的基本概念2013-7-22崎山苑工作室1 2.1物质的微观模型分子运动论是从物质的微观结构出发来阐明热现象的规律的。 一、宏观物体是由大量微粒－－分子（或原子）组成的宏观物体是由分子组成的，在分子之间存在着一定的空隙。例如气体很容易被压缩，又如水和酒精混合后的体积小于两者原有体积之和，这都说明分子间有空隙。用20000atm的压强压缩钢筒中的油，结果发现油可以透过筒壁渗出，这说明钢的分子间也有空隙。目前用高分辨率的扫描隧道显微镜已能观察晶体横截面内原子结构的图像，并且能够操纵原子和分子。2013-7-22崎山苑工作室2 2013-7-22崎山苑工作室
二、物体内的分子在不停地运动着，这种运动是无规则的，其剧烈程度与物体的温度有关扩散现象说明：一切物体（气体、液体、固体）的分子都在不停地运动着 在显微镜下观 察到悬浮在液 体中的小颗粒 都在不停地作 无规则运动，
该运动由布朗 最早发现，称 为布朗运动。 2013-7-22崎山苑工作室4 布朗运动的无规则性，实际上反映了液体内部分子运动的无规则性。 所谓“无规则”指的是： 1。由于分子间的相互碰撞，每个分子的运动方向和速率都在不断地改变； 2。任何时刻，在液体或气体内部，沿各个方向运动的分子都有，而且分子运动的速率有大有小。 实验结果：扩散的快慢和布朗运动的剧烈程度都与温度的高低有显著的关系。随着温度的升高，扩散过程加快，悬浮颗粒的运动加剧。 结论：分子无规则运动的剧烈程度与温度有关，温度越高，分子的无规则运动就越剧烈。通常把分子的这种运动称为热运动。 2013-7-22崎山苑工作室5 三、分子之间有相互作用力吸引力：由于固体与液体的分子之间存在着相互的吸引力使固体能够保持一定的形状与体积而液体能保持一定的体积。 右图演示实验说明分子之间存在着相互的吸引力 排斥力：固体和液体的很难压缩说明分子之间存在着斥力结论：一切宏观物体都是由大量分子（或原子）组成的；所有的分子都处在不停的、无规则热运动中；分子之间有相互作用力。 2013-7-22崎山苑工作室6 三、分子之间有相互作用力吸引力：由于固体与液体的分子之间存在着相互的吸引力使固体能够保持一定的形状与体积而液体能保持一定的体积。 右图演示实验说明分子之间存在着相互的吸引力
第二章气体放电的物理过程培训讲学
第二章气体放电的物 理过程
第二章气体放电的物理过程 本章节教学内容要求： 气体分子的激发与游离，带电质点的产生与消失 汤森德气体放电理论：电子崩的形成，自持放电的条件，帕邢定律。 流注理论：长间隙击穿的放电机理，极性效应，先导放电，雷云放电及电晕。必要说明：1）常用高压工程术语 击穿：在电场的作用下，由电介质组成的绝缘间隙丧失绝缘性能，形成导电通道。 闪络：沿固体介质表面的气体放电（亦称沿面放电） 电晕：由于电场不均匀，在电极附近发生的局部放电。 击穿电压（放电电压）Ｕb（ｋＶ）：使绝缘击穿的最低临界电压。 击穿场强（抗电强度，绝缘强度）Ｅb（ｋＶ／ｃｍ）：发生击穿时在绝缘中的最小平均电场强度。Ｅｂ＝Ｕｂ／Ｓ（Ｓ：极间距离） 一般在常压大气中，Ｅｂ＝３０ｋＶ／ｃｍ，当Ｓ较小为ｃｍ且电场为均匀分布时； Ｅｂ＝５００ｋＶ／ｍ，当Ｓ较大接近ｍ时。 放电：（狭义与广义）气体绝缘的击穿过程。 辉光放电：当气体压力低，电源容量小时，放电表现为充满整个气体间隙两电极之间的空间辉光，这种放电形式称为辉光放电。 火花放电：在大气压力或更高的压力下，电源容量不大时变现出来的放电。主要表现为：从一电极向对面电极伸展的火花而不是充满整个空间。火花放电常常会瞬时熄灭，接着有突然出现。
电晕放电：在不均匀电场中，曲率半径很小的电极附近会出现紫兰色的放电晕光，并发出“兹兹”的可闻噪声，此种现象称为电晕放电。如不提高电压，则这种放电就局限在很小的范围里，间隙中的大部分气体尚未失去绝缘性能。电晕放电的电流很小 电弧放电：在大气压力下，当电源容量足够大时，气体发生火花放电之后，便立即发展到对面电极，出现非常明亮的连续电弧，此称为电弧放放电。电弧放电时间长，甚至外加电压降到比起始电压低时电弧依然还能维持。电弧放电电流大，电弧温度高。 电气设备常常以一个标准大气压作为绝缘的情况，这是可能发生的是电晕放电，火花放电或者是电弧放电。 2）常见电场的结构 均匀场：板－板 稍不均匀场：球－球 极不均匀场：（分对称与不对称） 棒－棒对称场 棒－板不对称场 线－线对称场 §２－１气体中带电质点的产生和消失 一．带电粒子的产生（电离过程）
热学(李椿+章立源+钱尚武)习题解答_第二章 气体分子运动论的基本概念
第二章 气体分子运动论的基本概念 2-1 目前可获得的极限真空度为10-13 mmHg 的数量级，问在此真空度下每立方厘米内有多少空气分子，设空气的温度为27℃。 解： 由P=n K T 可知 n =P/KT=) 27327(1038.11033.1101023 213+?????-- =3.21×109(m –3 ) 注：1mmHg=1.33×102 N/m 2 2-2 钠黄光的波长为5893埃，即5.893×10-7 m ，设想一立方体长5.893×10-7 m ， 试问在标准状态下，其中有多少个空气分子。 解：∵P=nKT ∴PV=NKT 其中T=273K P=1.013×105 N/m 2 ∴N=6 23375105.5273 1038.1)10893.5(10013.1?=?????=--KT PV 个 2-3 一容积为11.2L 的真空系统已被抽到1.0×10-5 mmHg 的真空。为了提高其真空度， 将它放在300℃的烘箱内烘烤，使器壁释放出吸附的气体。若烘烤后压强增为1.0×10-2 mmHg ，问器壁原来吸附了多少个气体分子。 解：设烘烤前容器内分子数为N 。，烘烤后的分子数为N 。根据上题导出的公式PV = NKT 则有： )(0 110011101T P T P K V KT V P KT V P N N N -=-= -=? 因为P 0与P 1相比差103 数量，而烘烤前后温度差与压强差相比可以忽略，因此 T P 与 1 1 T P 相比可以忽略 1823 2 23111088.1) 300273(1038.11033.1100.1102.11??+???????=?=?---T P K N N 个 2-4 容积为2500cm 3 的烧瓶内有1.0×1015 个氧分子,有4.0×1015 个氮分子和3.3×10-7 g
(完整word版)简要分析汤逊理论与流注理论对气体放电过程
习题1 第36页 1.简要分析汤逊理论与流注理论对气体放电过程、电离因素以及自持放电条件 的观点有何不同？ 答：汤逊理论理论实质：电子碰撞电离是气体放电的主要原因，二次电子来源于正离子撞击阴极使阴极表面逸出电子，逸出电子是维持气体放电的必要条件。所逸出的电子能否接替起始电子的作用是自持放电的判据。流注理论认为形成流注的必要条件是电子崩发展到足够的程度后，电子崩中的空间电荷足以使原电场明显畸变，流注理论认为二次电子的主要来源是空间的光电离。 2.解释α、β、γ、η系数的定义。 答：α系数：它代表一个电子沿着电场方向行径1cm长度，平均发生的碰撞电离次数。 β系数：一个正离子沿着电场方向行径1cm长度，平均发生的碰撞电离次数。 γ系数：表示折合到每个碰撞阴极表面的正离子，使阴极金属平均释放出的自由电子数。 η系数：即一个电子沿电场方向行径1cm时平均发生的电子附着次数。 3.均匀电场和极不均匀电场气隙放电特性有何不同？ 答：在均匀电场中，气体间隙内流注一旦形成，放电达到自持的程度，气隙就被击穿。不均匀电场分稍不均匀和极不均匀，在同样极间距离时稍不均匀电场的击穿电压比均匀电场的均匀电场气隙的要低，在极不均匀电场气隙中自持放电条件即是电晕起始条件，由发生电晕至击穿的过程还必须升高电压才能完成。 4.对极间距离相同的正极性棒-板、负极性棒-板、板-板、棒-棒四种电极布局的 气隙直流放电电压进行排序？ 答：负极性棒-板最高，其次是棒-棒和板-板，最小的是正极性棒-板。 5.气隙有哪些放电现象？ 答：在极不均匀电场中，气隙完全被击穿以前，电极附近会发生电晕放电，产生暗蓝色的晕光，这种特殊的晕光是电极表面电离区的放电过程造成的。在外电离因素和电场作用下，产生了激发、电离、形成大量的电子崩，在此同时也产生激发和电离的可逆过程-复合，这就是电晕。 6.如何提高气隙的放电电压？ 答：一是改善气隙中的电场分布，使之均匀化，二是设法削弱或抑制气体介质中的电离过程。 7.简述绝缘污闪的发展过程及防污措施。 答：绝缘子污闪是一个复杂的过程，大体可分为积污、受潮、干区形成、局部电弧的出现和发展等阶段，采用措施抑制或阻止各阶段的形成和转化，就能有效地阻止污闪事故。 防污措施：1.增大爬电比距 2.清扫表面积污 3.用防污闪涂料处理表面 4.采用半导体釉和硅橡胶的绝缘子。 8.雷击放电过程与实验室的长气隙放电过程有何主要区别？
高中物理专题-理想气体状态方程
高中物理专题-理想气体状态方程 【母题来源一】2020年普通高等学校招生全国统一考试物理（全国Ⅲ卷） 【母题原题】(2020·全国Ⅲ卷)(多选)如图,一开口向上的导热汽缸内,用活塞封闭了一定质量的理想气体,活塞与汽缸壁间无摩擦。现用外力作用在活塞上,使其缓慢下降。环境温度保持不变,系统始终处于平衡状态。在活塞下降过程中 () A.气体体积逐渐减小,内能增知 B.气体压强逐渐增大,内能不变 C.气体压强逐渐增大,放出热量 D.外界对气体做功,气体内能不变 E.外界对气体做功,气体吸收热量 【母题来源二】2020年全国普通高等学校招生统一考试物理（山东卷） 【母题原题】(2020·山东等级考)一定质量的理想气体从状态a开始,经a→b、b→c、c→a三个过程后回到初始状态a,其p-V图像如图所示。已知三个状态的坐标分别为a(V0, 2p0)、b(2V0,p0)、c(3V0,2p0),以下判断正确的是( ) A.气体在a→b过程中对外界做的功小于在b→c过程中对外界做的功 B.气体在a→b过程中从外界吸收的热量大于在b→c过程中从外界吸收的热量 C.在c→a过程中,外界对气体做的功小于气体向外界放出的热量 D.气体在c→a过程中内能的减少量大于b→c过程中内能的增加量 【母题来源三】2020年全国普通高等学校招生统一考试物理（全国Ⅰ卷） 【母题原题】(2020·全国Ⅰ卷)甲、乙两个储气罐储存有同种气体(可视为理想气体),甲罐的容积
为V,罐中气体的压强为p;乙罐的容积为2V,罐中气体的压强为1 p。现通过连接两罐的细管把 2 甲罐中的部分气体调配到乙罐中去,两罐中气体温度相同且在调配过程中保持不变,调配后两罐中气体的压强相等。求调配后 ①两罐中气体的压强; ②甲罐中气体的质量与甲罐中原有气体的质量之比。 【母题来源四】2020年普通高等学校招生全国统一考试物理（全国Ⅱ卷） 【母题原题】(2020·全国Ⅱ卷)潜水钟是一种水下救生设备,它是一个底部开口、上部封闭的容器,外形与钟相似。潜水钟在水下时其内部上方空间里存有空气,以满足潜水员水下避险的需要。为计算方便,将潜水钟简化为截面积为S、高度为h、开口向下的圆筒;工作母船将潜水钟由水面上方开口向下吊放至深度为H的水下,如图所示。已知水的密度为ρ,重力加速度大小为g,大气压强为p0,H?h,忽略温度的变化和水密度随深度的变化。 (1)求进入圆筒内水的高度l; (2)保持H不变,压入空气使筒内的水全部排出,求压入的空气在其压强为p0时的体积。
气体液化的历程
第２８卷第８期２００９年８月 大学物理 ＣＯＬＬＥＧＥＰＨＹＳＩＣＳ Ｖ０１．２８Ｎｏ．８ Ａｕｇ．２００９气体液化的历程 缪华，张华 （上海理工大学制冷技术研究所，上海２０００９３） 摘要：气体液化的发展经历了一个曲折而漫长的过程，刚过去的２００８年是氦气液化１００周年．通过回顾气体液化的历程，说明人类认识知识是个循序渐进的辩证过程，同时也纪念为此做出杰出贡献的杜瓦、昂内斯等科学家．关键词：气体液化；辩证过程；温度测定；空气分离 中图分类号：０４－０９文献标识码：Ａ文章编号：１０００－０７１２（２００９）０８－００４３－０３ 人类真正向低温进军是从气体的液化开始的． １７８４年，英国化学家拉瓦锡曾预言：假如地球突然 进入寒冷的地区，空气无疑将不再以看不见的流体 形式存在，它将回到液态．从那时候起，拉瓦锡的预 言就一直激励着人们去实现气体的液化并由此得到 极低的温度，使气体变成液体．这听起来如同神话一 股，但是科学家不仅相信了这个神话，而且使它成为 了现实． 要使气体液化就需要有足够低的低温热源．首 先是用低温热源把气体的显热吸收掉，把气体冷却 到它的冷凝温度，这时气体就变为饱和蒸气．接着再 在该冷凝温度下继续吸收它的冷凝潜热，气体就从 饱和蒸气变为液体．这就是气体的液化过程．很显然，具有足够低的低温热源是使气体液化的重要条件．但是有很多气体的液化温度要低于或远远低于地球上自然环境所能达到的最低温度，所以这些气体的液化必须依靠人工制冷． １温度测定法与温标 １６世纪末，伽利略制成了第一个温度计，如图１所示．玻璃管与玻璃泡相连，管内有有色液体，倒置于水杯之中．当被测温度的物体与玻璃泡接触时，泡内空气就会因热胀冷缩而发生体积变化，使有色液柱上升或下降，再由玻管上标有“热度”（即现在所说的“温度”）的刻度读出．１７０９一１７１４年，迁居荷兰的德国玻璃工华伦海特经过研究，把冰、水、氯化铵的混合物平衡温度定为０下，人体温度定为９６下，其间分为９６格，每格为１下．这就是华氏温标．１７４２ 图ｌ伽利略制成的第一个温度计 年，瑞典物理学家、天文学家摄尔修斯制成的水银温度计则把水的沸点和冰的熔点分别定为００Ｃ和１０００Ｃ，其间分为１００格，每格为１ｏＣ，这就是得到广泛流行的实用温标——摄氏温标．１７５０年，摄尔修斯接受同事斯特默尔的建议，把上述两定点的温度对调，这才成为现在的摄氏温标即百分温标．上述温标都是经验温标，由于经验温标有极大的局限性，满足不了日益发展的科学技术与生产的需要，因此必须有一种确定温度的方法使测温与测温手段无关，从而能准确地定义被测的热状态的值．这就是热力学温标（开氏温标）．根据热力学第二定律，开尔文提出了用理想热机来决定温度的温标．１９２７年，第七届国际计量大会确定它为最基本的温标．１９５４年大会又决定把２７３．１６Ｋ这一水的三相点 收稿日期：２００８—０８—０４；修回日期：２００９—０３－２３ 作者简介：缪华（１９８５一），女，江苏无锡人，上海理工大学制冷技术研究所２００７级硕士生
第章气体动理论
第10章 气体动理论题目无答案 一、选择题 1. 一理想气体样品, 总质量为M , 体积为V , 压强为p , 绝对温度为T , 密度为?, 总分子数为N , k 为玻尔兹曼常数, R 为气体普适常数, 则其摩尔质量可表示为 [ ] (A) MRT pV (B) pV MkT (C) p kT ρ (D) p RT ρ 2. 如T10-1-2图所示，一个瓶内装有气体, 但有小孔与外界相通, 原来瓶内温度为300K ．现在把瓶内的气体加热到400K (不计容积膨胀), 此时瓶内气体的质量为 原来质量的______倍． [ ] (A) 27／127 (B) 2／3 (C) 3／4 (D) 1／10 3. 相等质量的氢气和氧气被密封在一粗细均匀的细玻璃管内, 并由一 水银滴隔开, 当玻璃管平放时, 氢气柱和氧气柱的长度之比为 [ ] (A) 16:1 (B) 1:1 (C) 1:16 (D) 32:1 4. 一容器中装有一定质量的某种气体, 下列所述中是平衡态的为 [ ] (A) 气体各部分压强相等 (B) 气体各部分温度相等 (C) 气体各部分密度相等 (D) 气体各部分温度和密度都相等 5. 一容器中装有一定质量的某种气体, 下面叙述中正确的是 [ ] (A) 容器中各处压强相等, 则各处温度也一定相等 (B) 容器中各处压强相等, 则各处密度也一定相等 (C) 容器中各处压强相等, 且各处密度相等, 则各处温度也一定相等 (D) 容器中各处压强相等, 则各处的分子平均平动动能一定相等 6. 理想气体能达到平衡态的原因是 [ ] (A) 各处温度相同 (B) 各处压强相同 (C) 分子永恒运动并不断相互碰撞 (D) 各处分子的碰撞次数相同 7. 理想气体的压强公式 k 3 2 εn p = 可理解为 [ ] (A) 是一个力学规律 (B) 是一个统计规律 (C) 仅是计算压强的公式 (D) 仅由实验得出 8. 一个容器内贮有1摩尔氢气和1摩尔氦气，若两种气体各自对器壁产生的压强分别为p 1和p 2，则两者的大小关系是： [ ] (A) p 1> p 2 (B) p 1< p 2 (C) p 1＝p 2 (D)不确定的 9. 在一密闭容器中，储有A 、B 、C 三种理想气体，处于平衡状态．A 种气体的分子数密度为n 1，它产生的压强为p 1；B 种气体的分子数密度为2n 1；C 种气体的分子数密度为3 n 1．则混合气体的压强p 为 [ ] (A) 3 p 1 (B) 4 p 1 (C) 5 p 1 (D) 6 p 1 10. 若室内生起炉子后温度从15?C 升高到27?C, 而室内气压不变, 则此时室内的分子数减少了 [ ] (A) % (B) 4% (C) 9% (D) 21% 11. 无法用实验来直接验证理想气体的压强公式, 是因为 T10-1-2图 T 10-1-3图
气体放电物理知识要点总结2014-6-6
气体放电物理知识要点总结 1．气体放电过程中一般存在六种基本粒子：电子，正离子，负离子，光子，基态原子（或分子），激发态原子（或分子）。2．光子能量,其中为光的频率，h为普朗克常数。 3．原子能量由原子内部所有粒子共同决定，通常人们感兴趣的是原子最外层电子即价电子，因为气体放电过程主要是由最外层 电子参加的。原子通常处于稳定的能级，成为基态（基态能量 E1），当价电子从外界获得额外能量时，它可以跳跃到更高能级，此时原子处于激发态（激发态能量E2），电子处于激发态的时 间很短，然后会跃迁到基态或低激发态，并以光子形式释放出 能量（）。 当电子获得的能量超过电离能时，电子就与原子完全脱离而成 为自由电子，原子变为正离子。 4．正离子也可被电离，负离子是电子附着到某些原子或分子上而形成的。负离子的能量等于原子或分子的基态能量加上电子的 亲和能。气体放电中的带电粒子是电子和各种离子（正离子和 负离子）。每种离子都将影响气体放电的电特性，电子的作用通 常占主导地位。 5．波数等于波长的倒数，表示在真空中每厘米的波长个数。即 6. 原子所处的状态取决于其核外电子的运动状态，可用四个量子数来描述。
主量子数n(n=1,2,3…), 它是由电子轨道主轴的尺寸决定； 轨道角量子数l，(l=0,1,2,3…n-1),它是由椭圆轨道的短轴和长轴之比决定。 轨道磁量子数m l,其取值范围为，它是由轨道相对于磁场的位置决定的； 自旋磁量子数. 7．在光谱中，将电子组态用规定的符号来标志，轨道角量子数用字母s,p,d,f等表示，相应的l值分别为0，1，2，3等。 电子组态所形成的原子态符号可以表示为 第二章.气体放电的基本物理过程 1．带电离子的产生方式：碰撞电离，光电离，热电离，金属表面电离 2．电子与原子碰撞时，若碰撞不引起原子内部的变化，这种碰撞称为弹性碰撞，若电子能量足够大，电子与原子碰撞后，可引起原子内部发生变化，即引起原子的激发或电离，这种碰撞称为非弹性碰撞。碰撞激发：若电子动能比原子的电离能小，但比原子激发能大，则电子与原子碰撞时，可使得原子激发。 碰撞电离：若电子动能比原子的电离能大很多，那么在非弹性碰撞之后，除了电子传递给原子一部分能量外，仍保留一部分动能，它以较低速度继续运动，并且原子被电离释放出一个电子。 分级电离：若被激发的原子再次与电子碰撞，那么电子的动能也可传
第四章气体动理论
第四章 气体动理论 2-4-1选择题： 1、处于平衡状态的一瓶氦气和一瓶氮气的分子数密度相同，分子的平均平动动能也相同，都处于平衡态。以下说法正确的是： （A ）它们的温度、压强均不相同。 （B ）它们的温度相同，但氦气压强大于氮气压强。 （C ）它们的温度、压强都相同。 (D) 它们的温度相同，但氦气压强小于氮气压强。 2、三个容器A 、B 、C 中装有同种理想气体，其分子数密度n 相同，方均根速率之比 4:2:1::222=C B A v v v ， 则其压强之比C B A p p p ::为： (A) 1 : 2 : 4 (B) 1 : 4 : 8 (C) 1 : 4 : 16 (D) 4 : 2 : 1 3、一定量的理想气体贮于某一容器中，温度为T ，气体分子的质量为m . 根据理想气体的分子模型和统计假设，分子速度在x 方向的分量平方的平均值为: (A) 2 x v =m kT 3 (B) 2x v = m kT 331 (C) 2 x v = m kT 3 (D) 2x v = m kT 4、关于温度的意义，有下列几种说法： (1) 气体的温度是分子热运动平均平动动能的量度. (2) 气体的温度是大量气体分子热运动的集体表现，具有统计意义. (3) 温度的高低反映物质内部分子热运动剧烈程度的不同. (4) 从微观上看，气体的温度表示每个气体分子的冷热程度. 上述说法中正确的是 （A ） (1)、(2)、(4) （B ） (1)、(2)、(3) （C ） (2)、(3)、(4) (D) (1)、(3)、(4) 5、两容器内分别盛有氢气和氦气，若它们的温度和质量分别相等，则： (A) 两种气体分子的平均平动动能相等. (B) 两种气体分子的平均动能相等. (C) 两种气体分子的方均根速率相等. (D) 两种气体的内能相等. 6、一容器内装有N 1个单原子理想气体分子和N 2个刚性双原子理想气体分子，当该系统处在温度为T 的平衡态时，其内能为 (A) ??? ??++kT kT N N 2523)(21 (B) ??? ??++kT kT N N 2523)(2121
气体放电作业
气体放电理论分析就引用 1、引言： 气体中流通电流的各种形式统称气体放电，处于正常状态并隔绝各种外电离因素的气体是完全不导电的，但空气中总会有来自空间的各种辐射，总会有少量带电质点，一般情况下每立方厘米空气中有约500-1000对离子。气体放电等离子体作为物质的第四态，其物性及规律与固态、液态、气态的各不相同。气态放电等离子体是由电子、各种离子、原子组成的，远比气体、液体、固体复杂，其中发生着大量各不相同的基本过程。气体放电时等离子体物理的一个重要组成部分，气体放电现象时通过气体以后由电离了的气体表现出来的。研究气体放电的目的是要了解这种电离了的气体在各种条件下的宏观现象及其性质，同时研究其中所发生的的微观过程，并进一步把这两者联系起来，由表及里地掌握气体放电的机理。由此可见气体放电现象的主要任务是研究各种气体放电现象的物理过程及其内在规律。在自然界和人们的日常生活中经常会碰到气体放电现象，犹如大气的电离层、太阳风、日冕和闪电等都是自然界的气体放电现象。现在对气体放电的类型进行分类阐述并对其应用前景进行研究探讨。 2、气体放电的分类 在不同的物理条件下，由于占主导地位的基本物理过程不同，会产生各种不同形式的气体放电现象。按维持放电是否必须有外界电离源把放电分为非自持放电和自持放电；按放电参量是否随时间变化分为稳态放电和非稳态放电；可根据阴极的工作方式分为冷阴极放电和热阴极放电；可按工作气压的高低分为低气压放电、高气压放电和超高压放电；根据以哪一种基本过程占优势以及电子离子在放电过程中运动的特点为依据可以分为：
辉光放电：辉光放电充满整过电极空间，电流密度较小，一般为1mA/cm2 -5mA/cm2,整个空隙仍呈上升的伏安特性，处于绝缘状态。 电晕放电：高场强度电极附近出现发光的薄层，电流值也不大，整个空隙仍处于绝缘状态。 刷状放电：由电晕电极伸出的明亮而细的断续放电通道，电流增大，但此时间隙仍未被击穿。 火花放电：贯通两电极的明亮而细的断续的放电通道，间隙由一次次火花放电间歇地被击穿。 气体放电过程描述框图：
气体放电的物理过程
第二章气体放电的物理过程 本章节教学内容要求： 气体分子的激发与游离，带电质点的产生与消失 汤森德气体放电理论：电子崩的形成，自持放电的条件，帕邢定律。 流注理论：长间隙击穿的放电机理，极性效应，先导放电，雷云放电及电晕。 必要说明：1）常用高压工程术语 击穿：在电场的作用下，由电介质组成的绝缘间隙丧失绝缘性能，形成导电通道。 闪络：沿固体介质表面的气体放电（亦称沿面放电） 电晕：由于电场不均匀，在电极附近发生的局部放电。 击穿电压（放电电压）Ｕb（ｋＶ）：使绝缘击穿的最低临界电压。 击穿场强（抗电强度，绝缘强度）Ｅb（ｋＶ／ｃｍ）：发生击穿时在绝缘中的最小平均电场强度。Ｅｂ＝Ｕｂ／Ｓ（Ｓ：极间距离） 一般在常压大气中，Ｅｂ＝３０ｋＶ／ｃｍ，当Ｓ较小为ｃｍ且电场为均匀分布时； Ｅｂ＝５００ｋＶ／ｍ，当Ｓ较大接近ｍ时。 放电：（狭义与广义）气体绝缘的击穿过程。 辉光放电：当气体压力低，电源容量小时，放电表现为充满整个气体间隙两电极之间的空间辉光，这种放电形式称为辉光放电。 火花放电：在大气压力或更高的压力下，电源容量不大时变现出来的放电。主要表现为：从一电极向对面电极伸展的火花而不是充满整个空间。火花放电常常会瞬时熄灭，接着有突然出现。 电晕放电：在不均匀电场中，曲率半径很小的电极附近会出现紫兰色的放电晕光，并发出“兹兹”的可闻噪声，此种现象称为电晕放电。如不提高电压，则这种放电就局限在很小的范围里，间隙中的大部分气体尚未失去绝缘性能。电晕放电的电流很小 电弧放电：在大气压力下，当电源容量足够大时，气体发生火花放电之后，便立即发展到对面电极，出现非常明亮的连续电弧，此称为电弧放放电。电弧放电时间长，甚至外加电压降到比起始电压低时电弧依然还能维持。电弧放电电流大，电弧温度高。 电气设备常常以一个标准大气压作为绝缘的情况，这是可能发生的是电晕放电，火花放电或者是电弧放电。 2）常见电场的结构 均匀场：板－板 稍不均匀场：球－球 极不均匀场：（分对称与不对称） 棒－棒对称场 棒－板不对称场 线－线对称场 §２－１气体中带电质点的产生和消失 一．带电粒子的产生（电离过程） 气体中出现带电粒子，才可在电场作用下发展成各种气体放电现象，其来源有两个：一是气体分子本身发生电离，二气体中的固体或液体金属发生表面电离。 激励能：一个原子的外层电子跃迁到较远的轨道上去的现象称为激励，其值为两个能级
气体动理论(附答案)
气体动理论 一、填空题 1. (本题3分)某气体在温度为T = 273 K时，压强为p=1.0×10-2atm，密度ρ= 1.24×10-2 kg/m3，则该气体分子的方均根速率为____________。(1 atm = 1.013×105 Pa) 答案：495m/s 2. (本题5分)某容器内分子密度为1026m-3，每个分子的质量为3×10-27kg，设其中1/6分子数以速率v=200m/s垂直向容器的一壁运动，而其余5/6分子或者离开此壁、或者平行此壁方向运动，且分子与容器壁的碰撞为完全弹性的。则 (1)每个分子作用于器壁的冲量ΔP=_____________； (2)每秒碰在器壁单位面积上的分子数n0=___________； (3)作用在器壁上的压强p=_____________； 答案：1.2×10-24kgm/s ×1028m-2s-1 4×103Pa 3. (本题4分)储有氢气的容器以某速度v作定向运动，假设该容器突然停止，气体的全部定向运动动能都变为气体分子热运动的动能，此时容器中气体的温度上升0.7K，则容器作定向运动的速度v=____________m/s，容器中气体分子的平均动能增加了_____________J。
(普适气体常量R=8.31J·mol-1·K-1，波尔兹曼常k=1.38×10-23J·K-1，氢气分子可视为刚性分子。) 答案：：121 2.4×10-23 4. (本题3分)体积和压强都相同的氦气和氢气(均视为刚性分子理想气体)，在某一温度T下混合，所有氢分子所具有的热运动动能在系统总热运动动能中所占的百分比为________。 答案：62.5% 5. (本题4分)根据能量按自由度均分原理，设气体分子为刚性分子，分子自由度为i，则当温度为T时， (1)一个分子的平均动能为_______。 (2)一个摩尔氧气分子的转动动能总和为________。 答案：ikT RT 6. (本题5分)图示的两条曲线分别表示氦、氢两种气体在相同温度T时分子按速率的分布，其中
第一章 气体放电的基本物理过程
第一章气体放电的基本物理过程 一、选择题 1) 流注理论未考虑 A．碰撞游离B．表面游离C．光游离D．电荷畸变电场 2) 先导通道的形成是以 A．碰撞游离B．表面游离C．热游离D．光游离 3) 电晕放电是一种 A．自持放电B．非自持放电C．电弧放电D．均匀场中放电 4) 气体内的各种粒子因高温而动能增加，发生相互碰撞而产生游离的形式称 为。 A.碰撞游离 B.光游离 C.热游离 D.表面游离 5) ______型绝缘子具有损坏后“自爆”的特性。 A.电工陶瓷 B.钢化玻璃 C.硅橡胶 D.乙丙橡胶 6) 以下哪个不是发生污闪最危险的气象条件？ A.大雾 B.毛毛雨 C.凝露 D.大雨 7) 污秽等级II的污湿特征：大气中等污染地区，轻盐碱和炉烟污秽地区，离 海岸盐场3km~10km地区，在污闪季节中潮湿多雾但雨量较少，其线路盐密为mg/cm。A.≤0.03 B.>0.03~0.06 C.>0.06~0.10 D.>0.10~0.25 以下哪种材料具有憎水性？ A. 硅橡胶 B.电瓷 C. 玻璃D金属28) 二、填空题 9) 气体放电的主要形式：、、、、 10) 根据巴申定律，在某一PS值下，击穿电压存在 11) 在极不均匀电场中，空气湿度增加，空气间隙击穿电压。 12) 流注理论认为，碰撞游离和是形成自持放电的主要因素。 13) 工程实际中，常用棒－板或电极结构研究极不均匀电场下的击穿特 性。 14) 气体中带电质子的消失有、复合、附着效应等几种形式 15) 对支持绝缘子，加均压环能提高闪络电压的原因是。 16) 沿面放电就是沿着 17) 18) 19) 标准参考大气条件为：温度h0 11g/m3t0 20C ，压力b0 kPa，绝对湿度 20) 三、计算问答题 21) 简要论述汤逊放电理论。 22) 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？越易吸湿的固体，沿面闪络电压就越______ 等值盐密法是把绝缘子表面的污秽密度按照其导电性转化为单位面积上__________含量的一种方法常规的防污闪措施有：爬距，加强清扫，采用硅油、地蜡等涂料 1/18页 23) 24) 影响套管沿面闪络电压的主要因素有哪些？ 某距离4m的棒-极间隙。在夏季某日干球温度t干 30C，湿球温度
第2章气体动理论
第二章 气体动理论 思考题 2-1 什么是热运动？其基本特征是什么？说明微粒做布朗运动的原因。 答：系统中物质分子运动的剧烈程度随系统温度的升高而加剧，因此，将大量分子的无规则运动叫做分子的热运动。分子热运动的基本特征是分子的永不停息地运动和频繁地相互碰撞。 由于气体分子的热运动，即从微观角度看，气体分子的无规则运动和对微粒的频繁碰撞，是微粒产生布朗运动的原因。 2-2 何谓理想气体？从微观结构来看，它与实际气体有何区别？ 答： 所谓理想气体就是指比较稀薄的气体，即平均间距很大的分子集合。具体地讲，理想气体（1）分子本身线度与分子之间的平均距离相比可以忽略不计，分子看作质点；（2）除碰撞的瞬间外，分子与分子、分子与器壁间无相互作用力；（3）分子之间，分子与器壁之间的碰撞是完全弹性的。 而实际气体分子之间有相互作用力，在短程斥力的作用下，实际气体分子不能当着质点来处理，应考虑到其本身体积的大小。实际气体的状态方程和实际气体的等温线和理想气体相比较也有较大的差别。 2-3 若给出一个矩形容器，设内部充有同一种气体，每一个分子的质量为m ，分子数密度为n ，由此可以导出理想气体的压强公式。若容器是一个球形的，压强公式的形式仍然是不变的。请证明之。 答：在球形容器内，分子运动的轨迹如本图中带箭头实线所示。设分子i 的速率为i v ，分子与器壁的碰撞为完全弹性碰撞，分子碰撞器壁只改变分子运动方向，不改变速度的大小，并且，“入射角”等于“反射角”。 对分子i 来说，在每次和器壁的碰撞中，分子对器壁作用的法向冲量为 2cos i mv θ。 该分子每秒钟内与器壁的碰撞次数为2cos i v R θ，所以，该分子每秒内作用在器壁上的作用力为 2 2cos 2cos i i i v mv mv R R θθ?= 对于总数为N 的全部分子（分子是全同的， 每一个分子的质量均为m 。）来说，球形内壁每秒内所受到的总作用力等于 2 1 N i i m F v R ==∑ 由于球形内壁的总面积为24R π，气体的体积为34 3 R π。所以，按照压强的定 义得 思考题2-3用图
气体放电过程的分析
气体放电过程的分析 摘要:气体电介质，特别是空气，是电力系统中最重要的绝缘介质。对气体放电过程进行分析，研究气体电介质的绝缘特性具有十分重要的意义。而气体放电又受气体间隙、环境电场影响，其过程的分析需要各种理论的支持。 关键字：气体放电、带电质点、气体间隙、电子崩、汤逊理论、流注理论 K 一、气体中带电质点的产生与消失 1．气体中带电质点的产生 气体的特点：气体的分子间距很大，极化率很小，因此，介电常数都接近于1。纯净的、中性状态的气体是不导电的，只有气体中出现了带电质点（电子、正离子、负离子）以后，才可能导电，并在电场作用下发展成为各种形式的气体放电现象。 气体导电的原因：气体中出现了带电质点（电子、正离子、负离子）以后，游离出来的自由电子、正离子和负离子在电场作用下移动，从而形成气体电介质的电导层。 气体带电质点的来源：有两个，一是气体分子本身发生游离（包括撞击游离、光游离、热游离等多种形式）；二是放在气体中的金属发生表面游离。 2．气体中带电质点的消失 气体中带电质点的消失主要有下列三种方式：带电质点受电场力的作用流入电极并中和电量；带电质点的扩散；带电质点的复合。 1）带电质点受电场力的作用而流入电极，中和电量 带电质点在电场力的作用下受到加速，在向电场方向运动途中会不断地与气体分子相碰撞，碰撞后会发生散射，但从宏观来看，是向电场方向作定向运动的。其平均速度开始是逐渐增加的（因受电场力的加速），但随着速度的增加，碰撞时失去的动能也增加，最后，在一定的电场强度下，其平均速度将达到某个稳定值。这一平均速度称为带电质点的驱引速度。 2）带电质点的扩散 带电质点的扩散就是指这些质点会从浓度较大的区域转移到浓度较小的区域，从而使带电质点在空间各处的浓度趋于均匀的过程。 带电质点的扩散是由杂乱的热运动造成的，而不是由于同号电荷的电场斥力造成的，因为即使在很大的浓度下，离子之间的距离仍大到静电力起不到什么作用的程度。电子的直径比离子的直径小很多，在运动中受到的碰撞也比离子少得多，因此电子的扩散比离子的扩散快得多。 3）带电质点的复合 带有异号电荷的质点相遇，发生电荷的传递、中和而还原为中性质点的过程称为复合。复合时，质点原先在游离时所吸取的游离能通常将以光子的形式如数放出。对负离子来说，复合的过程就是从负离子上游离出原先吸附的一个电子。 二、汤逊理论 气隙击穿的过程，就是各种形式的游离持续发展的过程。在不同情况下，各