低压气体直流放电击穿特性.doc

实验名称:低压气体直流放电击穿特性
作者:马子越
●摘要:通过低气压直流辉光放电发生装置,研究了氮气的气压与击穿电压的关系,在放电极板间隙及极板材质不变的情况下,得到了氮气的帕邢曲线,给出了氮气的最小击穿电压和最佳击穿条件。
关键词:帕邢定律;放电击穿;击穿电压;直流辉光放电
实验目的:
通过实验了解气压的测量原理以及低气压的实验和维持方法。
通过实验进一步了解气体放电的过程,对理论上气体放电的过程有进一步的认识。
体验到从实验现象的分析到理论普遍性规律的一般认识过程,培养出理论联系实际的物理学思考的品质。
●实验原理:
常态下气体是绝缘体,不导电,但是如果有一定的外界条件,使气体中性粒子发生电离,并且数量达到一定的比例,在外加电场的情况下就会导电产生气体放电现象。
自持放电是在没有外电离作用下可以维持放电的现象,而非自持放电是指在有外电离作用下才可以维持放电。气体首先在外电离因素的支持下可以在电场中传导电流,当电场增大到一定的程度。电流迅速增加,即使没有外界的电离作用,放电仍可以维持,此时气体从非自持放电转化为自持放电,这种现象就叫做气体的击穿,此时所需要的电场强度就是击穿场强,相应的电压就是击穿电压。
上述的这类过程就叫做汤森放电,汤森认为,气体在宇宙射线或者其它因素的影响下,本身就有一定的电离,称为剩余电离。当外加电场不够大时,点电流很小,电流密度很低,在空间的分布是均匀的,此时电流随着电压的增大是线性增加,趋于饱和。这个过程是暗放电,不发光。当电场足够大时,电子的能量越来越大,发生电子碰撞,从而电子的数量进一步提高,电流快速增加,与此同时,会产生光辐射,从而有光电效应的产生。同时也会产生离子,随着电场的增加离子的能量增加,会轰击阴极产生二次电子发射,极大的提高了阴极发射电子的速率,当阴极发射足够强时发生电子击穿,条件如下:
1889年帊刑经过一系列的实验发现了帊刑定律 A和B为实验常数,其中击穿条件可以表示为:
帕邢曲线是根据帕邢定律的函数表达式所绘制的曲线,表达的物理意义为:击穿电压U(千伏)仅是电极距离d(厘米)和气压P(托)、间隙距离和气压间关系的定律。根据定值d,改变P,从而画出U随P变化的曲线即帕邢曲线。
●实验内容与步骤:
(1)检查放电管与电源电极之间的连接是否可靠;电源调压旋扭是否最小位置;气体流量调节旋扭是否最小位置;
(2)依次打开电源开关预热,真空计开关,流量计电源开关,氩气瓶主阀门;
(3)打开机械磊进行抽气,只显示的气压是最低值开始进行下一步的实验;
(4)调节减压阀,使得流量计前气压在0-1 大气压之间
(5)调节通气流量,使得气压为20pa;
(6)实验仪的功能选择开关调至“击穿电压”测量档;
(7)调节电压输出,迅速增至250v,然后缓慢的增加电压值,至发生气体击穿,可以通过二极管两端的电压突变来确定,记录下发生气体击穿时的电压值,缓慢回调电压,直至放电熄灭,重复3次;
(8)增加气体流量至30pa,重复(7),直至压强调到了100pa;
(9)减小气压至5pa,重复(7),然后每次增加2pa左右,重复(7),记录下相应的实验数据;
(10)实验完毕后,调节气体流量控制旋钮至最小位置,调节电压最小值