《放電方程式解》課件

《放電方程式解》PPT課件本PPT課件說(shuō)明放電現(xiàn)象的原理、性質(zhì)、機(jī)理、模擬計(jì)算及其在工業(yè)與科學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用。電場(chǎng)與靜電勢(shì)能的基本概念電場(chǎng)全空間中電場(chǎng)的定義和表示，以及電場(chǎng)的基本特性。靜電勢(shì)能電子離開導(dǎo)體表面，具有電位能，這種電場(chǎng)離散分布，即靜電場(chǎng)。磁場(chǎng)磁場(chǎng)的概念、性質(zhì)、基本定律以及對(duì)帶電粒子的作用。電荷的守恒定律與高斯定律守恒定律電荷的守恒定律和電流守恒原理，解釋了電荷的來(lái)源、流動(dòng)和去向。高斯定律對(duì)電學(xué)實(shí)際問(wèn)題的求解，高斯定理使對(duì)分布的電荷和導(dǎo)體上的電荷分布的計(jì)算變得容易。壓電效應(yīng)某些晶體和陶瓷材料在機(jī)械應(yīng)力的作用下會(huì)產(chǎn)生電勢(shì)差，這種效應(yīng)稱為壓電效應(yīng)。電位與靜電場(chǎng)的關(guān)系1電位電位是電場(chǎng)某點(diǎn)相對(duì)于某一確定參考點(diǎn)而確定的勢(shì)能差，它與電量相關(guān)。2電勢(shì)差電勢(shì)差是從某一點(diǎn)到另一點(diǎn)之間沿電場(chǎng)方向需要消耗的能量，它與電場(chǎng)強(qiáng)度相關(guān)。3電荷分布靜電場(chǎng)和電位能是通過(guò)電荷分布產(chǎn)生的，靜電能在電荷間轉(zhuǎn)化，靜電場(chǎng)則是它們的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。庫(kù)侖定律的表述與推導(dǎo)原理庫(kù)侖定律是電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)的規(guī)律和電荷間相互作用的定量規(guī)律。表述兩個(gè)點(diǎn)電荷間的相互作用力與它們間距離的平方成反比，與電荷的大小成正比。推導(dǎo)推導(dǎo)了在電場(chǎng)中任一電荷的運(yùn)動(dòng)方程，提出了電荷間的力與靜電學(xué)能的關(guān)系。雙極子與電勢(shì)的計(jì)算1一次電偶極子電偶極子是兩個(gè)大小相等、電偶極矩相等、方向相反的點(diǎn)電荷。一次電偶極矩的大小和定義。2電勢(shì)的計(jì)算電荷與電偶極子在各點(diǎn)處沿直線到相應(yīng)位置的電勢(shì)，對(duì)這兩種情況分別求算。3靜電能在一定區(qū)域內(nèi)的一次偶極子較靜止分布情況下勢(shì)能的減少值，這種能量隨兩點(diǎn)間距離r的不同而改變。放電現(xiàn)象的基本概念與分類分類放電過(guò)程分為沒(méi)有電流流動(dòng)、有電流流動(dòng)和有瞬變進(jìn)程的放電過(guò)程。電暈放電氣體繞過(guò)導(dǎo)電物體時(shí)的局部放電現(xiàn)象，通常發(fā)生在高電壓電極的尖端或邊緣附近。輝光放電高電壓下，氣體中發(fā)生的帶正、負(fù)離子的電暈放電過(guò)程。范圍廣泛，常用于燈具等。電火花放電電荷在介質(zhì)中的鎖定釋放，形成高溫、高壓帶電氣體劇烈擊穿介質(zhì)的放電現(xiàn)象。常用于點(diǎn)火、醫(yī)療等。放電電路的基構(gòu)成基礎(chǔ)元件電源、電容、電感、電阻和二極管等，使電路具有不同的性能。半導(dǎo)體器件集成電路、半導(dǎo)體二極管、三極管等，是現(xiàn)代電子學(xué)的基礎(chǔ)。附加元件穩(wěn)壓器、限流器、濾波器、保護(hù)器等，對(duì)電路性能和系統(tǒng)的可靠性有著非常重要的作用。放電電路中電路元件的作用與分類1電源向電路中提供定值或可調(diào)寬范圍的電壓和電流的裝置。2電容在電路中存儲(chǔ)電荷，作為隔直和隔交的設(shè)計(jì)元件。3電感通常是一種線圈形件或帶磁性的環(huán)形鐵芯，阻礙變化的電路中電流變化的元件。4電阻抵制電流流動(dòng)的元件，是電路和系統(tǒng)中基本的阻抗元件。放電特性與穩(wěn)態(tài)分析電路特性研究電路穩(wěn)態(tài)分析的研究對(duì)象是首先在不同狀態(tài)下，不同元器件的工作和交互作用對(duì)電流、電路的電壓和輸出信號(hào)的影響。穩(wěn)態(tài)電路的計(jì)算電路中的電位器、電容器、電感器等可以用來(lái)改變電路性能，根據(jù)公式可以計(jì)算出電路的電流和電壓。放電電路的分析放電電路的計(jì)算與分析研究中常考慮的問(wèn)題是工作電壓和工作電流，電源合適的電容器和電感器的選擇等。瞬態(tài)分析與放電過(guò)程的模擬計(jì)算瞬態(tài)響應(yīng)電路中有許多瞬態(tài)響應(yīng)，對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)有很大的影響。模擬計(jì)算傳統(tǒng)方法是依據(jù)直接模擬方法和模型化方法的理論，采用學(xué)科專業(yè)軟件實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的仿真計(jì)算，取得滿意的優(yōu)化效果。數(shù)學(xué)分析采用數(shù)學(xué)手段，通過(guò)解析方法進(jìn)行約化，利用數(shù)值方法進(jìn)行求解等逐步依賴計(jì)算機(jī)的能力來(lái)實(shí)現(xiàn)。放電電磁場(chǎng)特性的分析與計(jì)算基本原理以麥克斯韋方程組為基礎(chǔ)進(jìn)行討論，揭示出放電現(xiàn)象與電磁場(chǎng)特性的基本關(guān)系。電磁波譜不同頻率帶的電磁輻射波，根據(jù)波長(zhǎng)分為無(wú)線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、γ射線等。電場(chǎng)強(qiáng)度電場(chǎng)強(qiáng)度是用來(lái)衡量電場(chǎng)力大小的，它是在每個(gè)點(diǎn)處電場(chǎng)力在質(zhì)點(diǎn)上的大小變化率。放電現(xiàn)象中的電子與離子碰撞1基本原理在少數(shù)帶電凝聚體中，由于離子或電子間較近而受到庫(kù)倫相互作用，發(fā)生碰撞。2電子撞擊電子撞擊在激發(fā)態(tài)試圖恢復(fù)基態(tài)時(shí)會(huì)向外發(fā)射一個(gè)光子，產(chǎn)生的波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)激發(fā)態(tài)特征能級(jí)。3電離撞擊電原子和離子在離子碰撞中發(fā)生電離過(guò)程，電離反應(yīng)的產(chǎn)生和其動(dòng)力學(xué)機(jī)理的研究。等離子體的基本概念與性質(zhì)等離子體概述等離子體是第四狀態(tài)的物質(zhì)，是除固體、液體、氣體以外的物態(tài)或物質(zhì)狀態(tài)。等離子體的性質(zhì)具有電中性、電磁性等幾個(gè)特點(diǎn)，以及在強(qiáng)磁場(chǎng)、電場(chǎng)作用下的一些特殊性質(zhì)。氣態(tài)等離子體氣態(tài)等離子體與熱力學(xué)上的等離子類似，但溫度和電子數(shù)密度很高。放電等離子體的動(dòng)力學(xué)方程等離子體演化方程以布格斯-庫(kù)恩方程組為代表，描述了等離子體在強(qiáng)磁場(chǎng)、電場(chǎng)作用下的演化過(guò)程。非線性方程等離子體演化方程包含多種非線性項(xiàng)，其解必須采用數(shù)值方法求解，具有挑戰(zhàn)性。課題動(dòng)態(tài)當(dāng)前研究的方向是求解等離子體動(dòng)力學(xué)方程的高精度數(shù)值計(jì)算，并將其應(yīng)用于等離子體的控制和應(yīng)用技術(shù)中。正負(fù)向電暈發(fā)生的機(jī)理正向電暈正電子向?qū)w表面運(yùn)動(dòng)，在表面末端形成一個(gè)大的電子云，若表面的電場(chǎng)強(qiáng)度過(guò)大，電子大量穿過(guò)云而被穩(wěn)定輸出。負(fù)向電暈負(fù)電子向?qū)w表面運(yùn)動(dòng)，也可形成一個(gè)大的電子云，它能穩(wěn)定且定向輸出帶負(fù)電荷的氣體中子。應(yīng)用及未來(lái)正負(fù)向電暈主要應(yīng)用于過(guò)電壓、降壓、起弧、指示、消毒滅菌等，在電氣化、污染凈化方面有很大的潛力。電暈放電中的輻射與電磁波1輻射特性國(guó)內(nèi)外對(duì)電暈放電輻射的基本特性研究初步認(rèn)識(shí)，并得到了廣泛的應(yīng)用和發(fā)展。2輻照信號(hào)處理電暈放電的輻照信號(hào)采集、分析與處理，發(fā)展了一批有效的測(cè)量方法和裝置。3電磁波特性電暈放電電磁波具有復(fù)雜的頻譜特性，可能出現(xiàn)脈沖、多諧波等復(fù)合波形?？諝夥烹姍C(jī)理與過(guò)程分析閃電放電空氣放電是一種極為復(fù)雜的現(xiàn)象，最具代表性的是閃電放電。放電過(guò)程放電過(guò)程以云與地面間、云與云間、云內(nèi)及空氣中空腔內(nèi)等為主。空氣成分與條件放電和電氣現(xiàn)象的程度受空氣的成分和條件影響，包括空氣中的氧氣、氮?dú)獾然旌蠚怏w及空氣壓強(qiáng)、溫度等。介電材料放電現(xiàn)象與特性1基本原理介電材料在電場(chǎng)作用下會(huì)發(fā)生介質(zhì)擊穿的現(xiàn)象，使介質(zhì)內(nèi)局部放電。2介質(zhì)破壞介質(zhì)擊穿時(shí)會(huì)引起其電學(xué)、熱學(xué)和化學(xué)特性的變化，影響介電體材料性能和損壞程度，導(dǎo)致機(jī)電設(shè)備短路和火災(zāi)事故。3介電強(qiáng)度掌握介電強(qiáng)度的測(cè)量方法和技術(shù)手段，可以提高絕緣材料的設(shè)計(jì)水平和性能優(yōu)化，提高電氣控制和保護(hù)的可靠性。氣體放電機(jī)理與實(shí)驗(yàn)室模擬物理過(guò)程氣體放電物理過(guò)程的本質(zhì)是由電子加速、電子碰撞、正離子形成和流動(dòng)個(gè)體及電磁效應(yīng)等。實(shí)驗(yàn)室仿真氣體放電在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行模擬和模擬計(jì)算，利用數(shù)值模擬方法計(jì)算得到氣體放電特性曲線和放電等離子體中的參量。學(xué)科前沿氣體放電研究是電氣工程的基礎(chǔ)性研究，對(duì)純物理學(xué)、化學(xué)、材料科學(xué)等學(xué)科發(fā)展和交叉產(chǎn)生了積極的推動(dòng)作用。放