自持放電、電暈放電、輝光放電、電弧放電的區(qū)別

1、自持放電：不依賴外界電離條件，僅由外施電壓作用即可維持的 一種氣體放電。這是按照氣體放電形成條件來區(qū)分的 一種氣體放電類型，與它并列的是非自持放電。氣體 放電的形成需要具備兩個基本條件，一是外施電壓， 它使電極間隙的空間范圍內(nèi)呈現(xiàn)一定強度的電場；二 是外界電離因素，它在電極間隙中形成初始帶電粒 子。外界電離因素有多種方式，例如，天然輻射或人 工光源照射會使空間出現(xiàn)帶電粒子。當(dāng)外加電壓較低 時，只有由外界電離因素所造成的帶電粒子在電場中 運動而形成氣體放電電流，一旦外界電離作用停止， 氣體放電現(xiàn)象即隨之中斷，這種放電稱為非自持放 電。當(dāng)外加電壓逐漸升高后，氣體中的放電過程發(fā)生 轉(zhuǎn)變，此時若去掉外

2、界激離因素，放電仍繼續(xù)發(fā)展，成 為自持放電。通常所研究的各種氣體放電形式如 輝光 放電、電暈放電、火花放電、電弧放電等都屬于自持 放電。形成自持放電的條件可根據(jù) 湯森理論來確定。輝光放電稀薄氣體中的自激導(dǎo)電現(xiàn)象。其物理機制是： 放電管兩極的電壓加大到一 定值時，稀薄氣體中的殘余正離子被電場加速，獲得足夠大的動能去撞擊陰極， 產(chǎn)生二次電子，經(jīng)簇射過程形成大量帶電粒子，使氣體導(dǎo)電 。輝光放電的特點 是電流密度小，溫度不高，放電管內(nèi)產(chǎn)生明暗光區(qū)，管內(nèi)的氣體不同，輝光的 顏色也不同。正常輝光放電時，放電管極間電壓不隨電流變化。輝光放電的發(fā) 光效應(yīng)被用于制造霓虹燈、熒光燈等光源，利用其穩(wěn)壓特性可制成穩(wěn)壓

3、管（如 氖穩(wěn)壓管）。氣體在低氣壓狀態(tài)下的一種 自持放電。對玻璃圓柱狀放電管兩端施加電壓，當(dāng)壓力處于10.1托的范圍時，由陰極逸出的電子在氣體中發(fā) 生碰撞電離和光電離，此時放電管的大部分區(qū)域都呈現(xiàn)彌漫的光輝，其顏色因氣體而異，故稱輝光放電。輝光放電與暗放電和電弧放電共同組成可連續(xù)變化的3種基本放電形式。18311835年,M.法拉第在研究低氣壓放電時發(fā)現(xiàn)輝光放電現(xiàn)象和法拉第暗區(qū)。1858年J.普呂克爾在1/100托下研究輝光放電時發(fā)現(xiàn)了陰極射線，成為佃世紀(jì)末粒子輻射和原子物理研究的先軀。輝光放電有亞正常輝光和反常輝光兩個過渡階段，放電的整個通道由不同 亮度的區(qū)間組成，即由陰極表面開始，依次為：阿

4、斯通暗區(qū)；陰極光層； 陰極暗區(qū)（克魯克斯暗區(qū)）；負(fù)輝光區(qū)；法拉第暗區(qū)；正柱區(qū)；陽極暗 區(qū);陽極光層。其中以負(fù)輝光區(qū)、法拉第暗區(qū)和正柱區(qū)為主體。這些光區(qū)是空 間電離過程及電荷分布所造成的結(jié)果，與氣體類別、氣體壓力、電極材料等因 素有關(guān)，這些都可以從放電理論上作出解釋。輝光放電時，在兩個電極附近聚 集了較多的異號空間電荷，因而形成明顯的電位降落，分別稱為陰極壓降和陽 極壓降。陰極壓降又是電極間電位降落的主要成分，在正常輝光放電時，兩極 間的電壓不隨電流變化，即具有穩(wěn)壓的特性。輝光放電的主要應(yīng)用是：利用它的發(fā)光效應(yīng)（如 霓虹燈）和正常輝光放 電的穩(wěn)壓特性（如氖穩(wěn)壓管）。利用輝光放電的正柱區(qū)產(chǎn)生激光的

5、特性，制做氦 氖激光器。電暈放電（corona discharge）氣體介質(zhì)在不均勻電場中的局部 自持放電。是最常見的一種 氣體放電形式。在 曲率半徑很大的尖端電極附近，由于局部電場強度超過氣體的電離場強，使氣 體發(fā)生電離和激勵，因而出現(xiàn)電暈放電。發(fā)生電暈時在電極周圍可以看到光亮， 并伴有咝咝聲。電暈放電可以是相對穩(wěn)定的放電形式，也可以是不均勻電場間 隙擊穿過程中的早期發(fā)展階段。電暈放電的形成機制因尖端電極的極性不同而有區(qū)別，這主要是由于電暈 放電時空間電荷的積累和分布狀況不同所造成的。在直流電壓作用下，負(fù)極性 電暈或正極性電暈均在尖端電極附近聚集起空間電荷。在負(fù)極性電暈中，當(dāng)電 子引起碰撞電

6、離后，電子被驅(qū)往遠(yuǎn)離尖端電極的空間 ，并形成負(fù)離子，在靠近電極 表面則聚集起正離子。電場繼續(xù)加強時，正離子被吸進(jìn)電極，此時出現(xiàn)一脈沖 電暈電流，負(fù)離子則擴散到間隙空間。此后又重復(fù)開始下一個電離及帶電粒子 運動過程。如此循環(huán)，以致出現(xiàn)許多脈沖形式的電暈電流。電暈電流這一現(xiàn)象 是G.W.特里切爾于 佃38年發(fā)現(xiàn)的，稱為特里切爾脈沖。若電壓繼續(xù)升高 ，電暈 電流的脈沖頻率增加、幅值增大，轉(zhuǎn)變?yōu)樨?fù)輝光放電。電壓再升高，出現(xiàn)負(fù)流注 放電（見流注理論），因其形狀又稱羽狀放電或稱刷狀放電。當(dāng)負(fù)流注放電得 以繼續(xù)發(fā)展到對面電極時，即導(dǎo)致 火花放電，使整個間隙擊穿。正極性電暈在 尖端電極附近也分布著正離子，但不

7、斷被推斥向間隙空間，而電子則被吸進(jìn)電 極，同樣形成重復(fù)脈沖式電暈電流。電壓繼續(xù)升高時，出現(xiàn)流注放電，并可導(dǎo)致間 隙擊穿。工頻交流電暈在正、負(fù)半周內(nèi)其放電過程與直流正、負(fù)電暈基本相同。工 頻電暈電流與電壓同相，反映出電暈功率損耗。工程應(yīng)用中還常以外施電壓與 電暈電荷量的關(guān)系表示電暈特性，稱為電暈的伏庫特性。架空輸電線路導(dǎo)線電暈起始電場強度 Es可由皮克公式計算：式中S為空氣相對密度，m為絞線系數(shù),R為導(dǎo)線半徑（厘米）。當(dāng) *1、m = 0.5、R = 0.9厘米時,Es=佃.7千伏/厘米。實際上，導(dǎo)線表面狀況如損傷、雨滴、 附著物等,都會使電暈放電易于發(fā)生。電暈放電在工程技術(shù)領(lǐng)域中有多種影響。

8、電力系統(tǒng)中的高壓及超高壓輸電 線路導(dǎo)線上發(fā)生電暈（見圖），會引起電暈功率損失、無線電干擾、電視干擾 以及噪聲干擾。進(jìn)行線路設(shè)計時，應(yīng)選擇足夠的導(dǎo)線截面積，或采用分裂導(dǎo)線降低導(dǎo)線表面電場的方式，以避免發(fā)生電暈。對于高電壓電氣設(shè)備，發(fā)生電暈放電 會逐漸破壞設(shè)備絕緣性能。電暈放電的空間電荷在一定條件下又有提高間隙擊 穿強度的作用。當(dāng)線路出現(xiàn)雷電或操作過電壓時，因電暈損失而能削弱過電壓 幅值。利用電暈放電可以進(jìn)行靜電除塵、污水處理、空氣凈化等。地面上的樹 木等尖端物體在大地電場作用下的電暈放電是參與大氣電平衡的重要環(huán)節(jié)。海 洋表面濺射水滴上出現(xiàn)的電暈放電可促進(jìn)海洋中有機物的生成，還可能是地球 遠(yuǎn)古大氣

9、中生物前合成氨基酸的有效放電形式之一。針對不同應(yīng)用目的研究， 電暈放電是具有重要意義的技術(shù)課題。電弧放電（arc discharge氣體放電中最強烈的一種自持放電。當(dāng)電源提供較大功率的電能時，若極間 電 壓不高（約幾十伏），兩極間氣體或金屬蒸氣中可持續(xù)通過較強的電流（幾安至幾十安），并發(fā)出強烈的光輝，產(chǎn)生高溫（幾千至上萬度），這就是電弧放電。 電弧是一種常見的熱等離子體（見 等離子體應(yīng)用）。電弧放電最顯著的外觀特征是明亮的弧光柱和電極斑點。電弧的重要特點 是電流增大時，極間電壓下降，弧柱電位梯度也低，每厘米長電弧電壓降通常不過 幾百伏，有時在1伏以下?；≈碾娏髅芏群芨?，每平方厘米可達(dá)幾千安，

10、極斑 上的電流密度更高。電弧放電可分為3個區(qū)域：陰極區(qū)、弧柱和陽極區(qū)。其導(dǎo)電的機理是：陰 極依靠場致電子發(fā)射和熱電子發(fā)射效應(yīng)發(fā)射電子；弧柱依靠其中粒子熱運動相 互碰撞產(chǎn)生自由電子及正離子，呈現(xiàn)導(dǎo)電性，這種電離過程稱為熱電離；陽極 起收集電子等作用，對電弧過程影響常較小。在弧柱中，與熱電離作用相反， 電子與正離子會因復(fù)合而成為中性粒子或擴散到弧柱外，這一現(xiàn)象稱為去電離。 在穩(wěn)定電弧放電中，電離速度與去電離速度相同，形成電離平衡。此時弧柱中 的平衡狀態(tài)可用薩哈公式描述。能量平衡是描述電弧放電現(xiàn)象的又一重要定律。能量的產(chǎn)生是電弧的焦耳 熱，能量的發(fā)散則通過輻射、對流和傳導(dǎo)三種途徑。改變散熱條件可使電

11、弧參 數(shù)改變，并影響放電的穩(wěn)定性。電弧通常可分為長弧和短弧兩類。長弧中弧柱起重要作用。短弧長度在幾 毫米以下，陰極區(qū)和陽極區(qū)起主要作用。根據(jù)電弧所處的介質(zhì)不同又分為氣中電弧和真空電弧兩種。液體（油或水）中的電弧實際在氣泡中放電，也屬于氣中電弧。真空電弧實際是在稀薄的電極 材料蒸氣中放電。這二種電弧的特性有較大差別。電弧是一束高溫電離氣體，在外力作用下， 如氣流，外界磁場甚至電弧本身產(chǎn)生的磁場作用下會迅速移動（每秒可達(dá)幾百米），拉長、卷曲形成十分 復(fù)雜的形狀。電弧在電極上的孳生點也會快速移動或跳動。在電力系統(tǒng)中，開關(guān)分?jǐn)嚯娐窌r會出現(xiàn)電弧放電。由于電弧弧柱的電位梯 度小，如大氣中幾百安以上電弧電位梯度只有 15伏/厘米左右。在大氣中開關(guān)分 斷100千伏5安電路時，電弧長度超過7米。電流再大，電弧長度可達(dá) 30米 因此要求高壓開關(guān)能夠迅速地在很小的封閉容器內(nèi)使電弧熄滅，為此，專門設(shè) 計出各種各樣的滅弧室。滅弧室的基本類型有：采用六氟化硫、真空和油等 介質(zhì)；采用氣吹、磁吹等方式快速從電弧中導(dǎo)出能量；迅速拉長電弧等。 直流電弧要比交流電弧難以熄滅。電弧放電可用于焊接、冶煉、照明、噴涂等。這些場合主要是利用電弧的 高溫