气体击穿理论

影响气体击穿的主要因素：

1、电场分布

2、电压种类

3、气体状态

气体放电形式

根据气体压力、电源功率、电极形状等因素的不同，击穿后气体放电可具有多种不同形式：

1、辉光放电

2、电弧放电

3、火花放电

4、电晕放电

1、辉光放电

辉光放电的特点：电流密度较小，放电区域通常占据整个空间；管端电压较高，不具有短路的特性。

2、电弧放电

电弧放电的特点：电流密度很大，管端电压很低，具有短路的特性。

3、火花放电

气体击穿后总是形成收细的发光放电通道，而不再扩散于间隙中的整个空间，称为火花放电。

4、电晕放电

电极附近电场最强处出现放电现象称为电晕放电。发生电晕放电时，气体间隙的大部分尚未丧失绝缘性能，放电电流很小，间隙仍能耐受电压的作用。

气体中带电质点的产生

气体分子的电离：碰撞电离；光电离；热电离

碰撞电离：在电场作用下，电子被加速而获得动能，当电子从电场获得的动能等于或大于气体分子的电离能时，就有可能因碰撞而使气体分子发生电离，分裂为电子和正离子。

光电离：光辐射引起的气体分子的电离过程称为光电离热电离：由分子热运动引起的气体分子的电离。

负离子的形成和电负性气体

负离子的形成：电子和气体分子碰撞非但没有电离出新电子，反而是碰撞电子附着于分子，形成了负离子。

电负性气体：能够在电子碰撞过程中形成负离子气体，称为电负性气体。

金属的表面电离

金属表面电离：电子从金属表面逸出的过程。

金属表面电离的主要形式：

1、正离子碰撞阴极；

2、光电效应；

3、场致发射；

4、热电子放射。

带电质点的消失

1、带电质点在电场作用下作定向运动，从而消失于电极（造成电流）；

2、带电质点的扩散；

3、带电质点的复合

气体击穿的发展过程（汤逊气体放电理论）

图2-5 气体放电试验电路示意图图2-6 气体放电过程中电流与电压的关系

为了比较各种结构的电场的不均匀程度，引入电场

不均匀系数f，它是最大场强E

max 和平均场强E

的比值。

根据放电的特征，大致可以做如下区分：

不均匀系数f<2 时，属于稍不均匀电场；

不均匀系数f>4 后，属于极不均匀电场；

不均匀系数2

电场不均匀系数

不同电场性质下的极性效应

均匀电场：不存在极性效应；

稍不均匀电场：正极性大于负极性；

极不均匀电场：

放电起始电压：正极性大于负极性

击穿电压：负极性大于正极性

结束

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 ??? ????? ??

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

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

气体电介质的击穿液体电介质的击穿固体电介质的击穿

第5章电介质的击穿气体电介质的击穿液体电介质的击穿固体电介质的击穿

?电介质的击穿介质发生击穿时，通过介质的电流剧烈地增加，通常以介质伏安特性斜率趋向于∞（即dI/dU=∞）——击穿发生的标志。 ?击穿电压 ?击穿场强：电介质的击穿场强是电介质的基本电性能之一，它决定了电介质在电场作用下保持绝缘性能的极限能力。

5.1 气体电介质的击穿 ?正常气体中的载流子(离子和电子)在外电场作用下迁移，形成电流电流随电压增加而增加电离产生的载流子来不及复合，全部到达电极气体中出现碰撞电离，载流子浓度增大，电流不再保持恒定而迅速上升载流子数剧增，气体中的电流无限增大(dI/dU→∞)——丧失绝缘性能。气体击穿（气体放电）：气体由绝缘状态变为良导电状态的过程。击穿场强：均匀电场中击穿电压与气体间隙距离之比.

击穿场强反映了气体耐受电场作用的能力，即气体的电气强度。平均击穿场强：不均匀电场中击穿电压与间隙距离之比称 ?气体发生击穿时除电流剧增外，通常还伴随有发光及发热等现象。

5.1.1 均匀电场中气体击穿的理论 1.气体击穿的汤逊（Townsend）理论电子崩形成过程(电子倍增过程)（1）电子崩与电流倍增外界电离因子在阴极附近产生了一个初始电子，如果空间电场强度足够大，该电子在向阳极运动时就会引起碰撞电离，产生一个新的电子，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。

α 如电离系数为，则从阴极出发的一个电子，行经单位距离后增加为2α个电子。类似雪崩似地发展，这种急剧增大的空间电子流被称为电子崩。

低压气体直流击穿特性

低压气体直流击穿特性（大连理工大学物理与光电工程学院，大连 116024）摘要：通过低气压直流辉光放电发生装置，研究了氩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，得到了氩气的帕邢曲线，给出了氩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 Breakdown characteristics of DC glow discharge ###(201021###) (Dalian U niversity o f T echnology School o f P hysics a nd O ptoelectronic E ngineering, D alian 116024) Abstract：The e lectrode v oltage v ersus g as p ressure i n g low d ischarge o f A rgon i s s tudied u sing D C g low discharge generating device. The relationship between electrode voltage and argon pressure is under the law o f P aschen l aw .By c hanging t he a r p ressure ，a m inimal v oltage a nd t he b est b reakdown c ondition a re found . key words：Paschen l aw ；discharge b reakdown ；breakdown v oltage ；DC g low d ischarge 0 引言气体在常态下是良好的绝缘体，在直流电场下没有载流能力，但在一定激励作用下，使气体中的中性粒子发生电离形成正负电离的粒子，当粒子数达到一定数目时，气体就成了导体，在此情形下施加一定的电场，粒子在场作用下会定向移动，就发生了气体放电现象 . 气体放电分为自持放电和非自持放电，非自持放电指的是存在外致电离源的条件下才能维持放电，而支持放电指去掉外致电离源的条件下，仍能维持放电 .气体从非自持放电到自持放电的过程称为气体的击穿 [1]. 1 辉光放电辉光放电是气体放电现象中的一种重要形式,低压气体的辉光放电是指放电气体的压强在10—3至l torr范围的放电,放电时出现特有的光辉. 辉光放电是一种自持放电,它主要是靠正离子轰击阴极所产生的二次电子发射来维持。电极问不同放电区域的发光强度、电位、电场强度、空间电荷量和电流密度的大小是不同的。从阴极开始首先是阿斯顿暗区,在这个区域里,电子从阴极出发,但从电场中获得的能量还不足以激发原子,因此在这里出现一个很薄的暗区 .经过阿斯顿暗区之后,电子从电场中获得的能量足以使原子激发, 阴极辉光就是这

气体介质击穿

气体介质击穿-正文气体介质在电场作用下发生碰撞电离而导致电极间贯穿性放电的现象。气体介质击穿与很多因素有关，其中主要的影响因素为作用电压、电极形状、气体的性质及状态等。气体介质击穿常见的有直流电压击穿、工频电压击穿、冲击电压击穿、高气压电击穿、高真空电击穿、负电性气体击穿。直流电压击穿直流电压作用下的气体介质击穿。可分为以下两种。 ①在电极间电场是均匀的情况下,气压低于1大气压（约0.1兆帕）时,间隙击穿电压服从于帕邢定律。对于空气介质，击穿电压U b可按经验公式进行计算。式中d为电极间距离(cm)，δ为空气相对密度。一般情况下,空气介质击穿电压也可近似地用30kv/cm的击穿场强来估计。对于稍不均匀电场，如两球电极的间隙，当电极距离d与球直径D之比d/D＜1/4时，可看作均匀电场，超过此限度时就不能这样考虑了。 ②在极不均匀电场的情况下，如棒－板电极的间隙，击穿场强E b 大为降低,并且还会出现极性效应,即正极性棒对负极性板的间隙击穿电压小于相反极性的情形，如图1所示。引起极性效应的原因是由于正离子比电子运动慢很多,在间隙中形成正极性空间电荷,改变了电场分布而引起不同的放电发展过程。在 0.3～3m电极间距离范围内，棒对板间隙的平均击穿场强E b分别约为：正极性棒电极时，E+≈4.5kV/cm；负极性棒电极时，E-≈10kV/cm。

工频电压击穿工频交流电压作用下的气体介质击穿。在均匀电场(见不均匀电场)的间隙中，工频击穿电压和直流击穿电压相等。在极不均匀电场的间隙中（如棒－板间隙），击穿总是发生在棒电极处于正极性的状态，因而交流击穿电压幅值与正极性棒对负极性板间隙的直流击穿电压相近。棒－板空气间隙的交流平均击穿场强为Eа≈4.8kV/cm，与上述E+很接近。为提供高电压输电线或变电所空气间隙距离的设计依据，近年来很多人研究长空气间隙的工频击穿电压(见长间隙击穿)。图2为1～ 10m间隙距离的击穿电压曲线。图中,曲线1、2是棒-棒电极间隙，上棒电极均为5m，下棒电极分别为6m及3m，两者的击穿电压稍有差异。这是因为曲线2的下棒电极短，大地的影响大。曲线3是棒-地间隙的击穿电压,它比棒-棒间隙的数值低许多,并且有“饱和”的趋势。这些试验是在室内进行的，后来由户外试验说明，并未出现“饱和”现象。“饱和”现象是由于试验室墙的影响引起的。进行长间隙的试验需要很大的试验室，投资很多。因此许多人在研究用理论模型计算或试验模拟来代替实际尺寸的试验。冲击电压击穿冲击电压作用下的气体介质击穿现象。冲击电压可分两类：一类是雷电冲击电压，其标准波形为1.2/50，是模拟雷闪放电时造成的雷电过电压；一类是操作冲击电压，标准波形为 250/2500或波前时间为2000～3000的衰减振荡波，为模拟开关操作或系统故障时产生的操作过电压(见过电压)。不同电极形状空气间隙的雷电冲击击穿电压如图3 所示。由于冲击击穿电压有随机分散性，一般

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

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

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

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

高电压技术第2章习题答案

第二章液体的绝缘特性与介质的电气强度2-1电介质极化的基本形式有哪几种，各有什么特点？ 2-2如何用电介质极化的微观参数去表征宏观现象？ 2-3非极性和极性液体电介质中主要极化形式有什么区别？ 2-4极性液体的介电常数与温度、电压、频率有什么样的关系？2-5液体电介质的电导是如何形成的？电场强度对其有何影响？2-6目前液体电介质的击穿理论主要有哪些？ 2-7液体电介质中气体对其电击穿有何影响？ 2-8水分、固体杂质对液体电介质的绝缘性能有何影响？ 2-9如何提高液体电介质的击穿电压？

2-1电介质极化的基本形式有哪几种，各有什么特点？答：电介质极化的基本形式有（１）电子位移极化图（1）电子式极化（２）偶极子极化图（2）偶极子极化（a ）无外电场时（b ）有外电场时 1—电极 2—电介质（极性分子） 2-2如何用电介质极化的微观参数去表征宏观现象？答：克劳休斯方程表明，要由电介质的微观参数（N 、α）求得宏观参数—介电常数r ε，必须先求得电介质的有效电场i E 。（１）对于非极性和弱极性液体介质，有效电场强度 0233r i P E E E εε+=+= 式中，P 为极化强度（0(1)r P E εε=-）。上式称为莫索缔（Mosotti ）有效电场强度，将其代入克劳休斯方程[式(2-11)]，得到非极性与弱极性液体介质的极化方程为

01 23r r N εαεε-=+ （２）对于极性液体介质，由于极性液体分子具有固有偶极矩，它们之间的距离近，相互作用强，造成强的附加电场，洛伦兹球内分子作用的电场2E ≠0，莫索缔有效电场不适用。 2-3非极性和极性液体电介质中主要极化形式有什么区别？答：非极性液体和弱极性液体电介质极化中起主要作用的是电子位移极化，偶极子极化对极化的贡献甚微；极性液体介质包括中极性和强极性液体介质，这类介质在电场作用下，除了电子位移极化外，还有偶极子极化，对于强极性液体介质，偶极子的转向极化往往起主要作用。 2-4极性液体的介电常数与温度、电压、频率有什么样的关系？答：（１）温度对极性液体电介质的r ε值的影响如图2-2所示，当温度很低时，由于分子间的联系紧密，液体电介质黏度很大，偶极子转动困难，所以r ε很小；随着温度的升高，液体电介质黏度减小，偶极子转动幅度变大，r ε随之变大；温度继续升高，分子热运动加剧，阻碍极性分子沿电场取向，使极化减弱，r ε又开始减小。（２）频率对极性液体电介质的r ε值的影响如图2-1所示，频率太高时偶极子来不及转动，因而r ε值变小。其中0r ε相当于直流电场下的介电常数，f>f 1以后偶极子越来越跟不上电场的交变，r ε值不断下降；当频率f=f2 时，偶极子已经完全跟不上电场转动了，这时只存在电子式极化，r ε减小到r ε∞，常温下，极性液体电介质的r ε≈3～6。 2-5液体电介质的电导是如何形成的？电场强度对其有何影响？答：液体电介质电导的形成：（１）离子电导——分为本征离子电导和杂质离子电导。设离子为正离子，它们处于图２－５中A 、B 、C 等势能最低的位置上作振动，其振动频率为υ，当离子的热振动能超过邻近分子对它的束缚势垒0u 时，离子即能离开其稳定位置而迁移。（２）电泳电导——在工程中，为了改善液体介质的某些理化性能，往往在液体介质中

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

第七章气体动理论(答案)

一、选择题［ C ］1、（基础训练2）两瓶不同种类的理想气体，它们的温度和压强都相同，但体积不同，则单位体积内的气体分子数n ，单位体积内的气体分子的总平动动能(E K /V )，单位体积内气体的质量ρ的关系为： (A) n 不同，(E K /V )不同，ρ 不同． (B) n 不同，(E K /V )不同，ρ 相同． (C) n 相同，(E K /V )相同，ρ 不同． (D) n 相同，(E K /V )相同，ρ 相同．【提示】① ∵nkT p =，由题意，T ，p 相同，∴n 相同； ② ∵kT n V kT N V E k 2 3 23==，而n ，T 均相同，∴V E k 相同； ③ RT M M pV mol =→RT pM V M mol ==ρ，T ，p 相同，而mol M 不同，∴ρ不同。［ B ］2、（基础训练7）设图示的两条曲线分别表示在相同温度下氧气和氢气分子的速率分布曲线；令() 2 O p v 和() 2 H p v 分别表示氧气和氢气的最概然速率，则 (A) 图中a 表示氧气分子的速率分布曲线； ()2 O p v /() 2 H p v = 4． (B) 图中a 表示氧气分子的速率分布曲线； ()2 O p v /() 2 H p v ＝1/4． (C) 图中ｂ表示氧气分子的速率分布曲线； ()2 O p v /() 2 H p v ＝1/4． (D) 图中ｂ表示氧气分子的速率分布曲线； ()2 O p v /() 2 H p v ＝ 4．【提示】①最概然速率p v =p v 越小，故图中a 表示氧气分子的速率分布曲线； ②23 ,3210(/)mol O M kg mol -=?， 23 ,210(/)mol H M kg mol -=?，得 ()() 2 2 O v v p p H 14 = ［ C ］3、（基础训练8）设某种气体的分子速率分布函数为f (v )，则速率分布在v 1~v 2 区间内的分子的平均速率为

电介质击穿

电介质击穿 dielectric breakdown 在强电场作用下，电介质丧失电绝缘能力的现象。分为固体电介质击穿、液体电介质击穿和气体电介质击穿3种。固体电介质击穿导致击穿的最低临界电压称为击穿电压。均匀电场中，击穿电压与介质厚度之比称为击穿电场强度（简称击穿场强，又称介电强度）。它反映固体电介质自身的耐电强度。不均匀电场中，击穿电压与击穿处介质厚度之比称为平均击穿场强，它低于均匀电场中固体介质的介电强度。固体介质击穿后，由于有巨大电流通过，介质中会出现熔化或烧焦的通道，或出现裂纹。脆性介质击穿时，常发生材料的碎裂，可据此破碎非金属矿石。固体电介质击穿有3种形式：电击穿、热击穿和电化学击穿。电击穿是因电场使电介质中积聚起足够数量和能量的带电质点而导致电介质失去绝缘性能。热击穿是因在电场作用下，电介质内部热量积累、温度过高而导致失去绝缘能力。电化学击穿是在电场、温度等因素作用下，电介质发生缓慢的化学变化，性能逐渐劣化，最终丧失绝缘能力。固体电介质的化学变化通常使其电导增加，这会使介质的温度上升，因而电化学击穿的最终形式是热击穿。温度和电压作用时间对电击穿的影响小，对热击穿和电化学击穿的影响大；电场局部不均匀性对热击穿的影响小，对其他两种影响大。液体电介质击穿纯净液体电介质与含杂质的工程液体电介质的击穿机理不同。对前者主要有电击穿理论和气泡击穿理论，对后者有气体桥击穿理论。沿液体和固体电介质分界面的放电现象称为液体电介质中的沿面放电。这种放电不仅使液体变质，而且放电产生的热作用和剧烈的压力变化可能使固体介质内产生气泡。经多次作用会使固体介质出现分层、开裂现象，放电有可能在固体介质内发展，绝缘结构的击穿电压因此下降。脉冲电压下液体电介质击穿时，常出现强力气体冲击波（即电水锤），可用于水下探矿、桥墩探伤及人体内脏结石的体外破碎。气体电介质击穿在电场作用下气体分子发生碰撞电离而导致电极间的贯穿性放电。其影响因素很多，主要有作用电压、电板形状、气体的性质及状态等。气体介质击穿常见的有直流电压击穿、工频电压击穿、高气压电击穿、冲击电压击穿、高真空电击穿、负电性气体击穿等。空气是很好的气体绝缘材料，电离场强和击穿场强高，击穿后能迅速恢复绝缘性能，且不燃、不爆、不老化、无腐蚀性，因而得到广泛应用。为提供高电压输电线或变电所的空气间隙距离的设计依据（高压输电线应离地面多高等），需进行长空气间隙的工频击穿试验。

大学物理2-1第八章(气体动理论)知识题目解析

第 8 章 8-1 目前可获得的极限真空为Pa 1033.111-?，，求此真空度下3cm 1体积内有多少个分子?(设温度为27℃) [解] 由理想气体状态方程nkT P = 得 kT V N P =，kT PV N = 故 323 6 1110213300 1038110110331?=?????=---...N (个) 8-2 使一定质量的理想气体的状态按V p -图中的曲线沿箭头所示的方向发生变化，图线的BC 段是以横轴和纵轴为渐近线的双曲线。 (1)已知气体在状态A 时的温度是K 300=A T ，求气体在B 、C 、D 时的温度。 (2)将上述状态变化过程在 T V -图(T 为横轴)中画出来，并标出状态变化的方向。 [解] (1)由理想气体状态方程PV /T ＝恒量，可得：由A →B 这一等压过程中 B B A A T V T V = 则 60030010 20=?=?= A A B B T V V T (K) 因B C 段为等轴双曲线，所以B →C 为等温过程，则 ==B C T T 600 (K) C → D 为等压过程，则 C C D D T V T V = 30060040 20=?=?= C C D D T V V T (K) (2) 010203040

8-3 有容积为V 的容器，中间用隔板分成体积相等的两部分，两部分分别装有质量为m 的分子1N 和2N 个, 它们的方均根速率都是0υ，求： (1)两部分的分子数密度和压强各是多少? (2)取出隔板平衡后最终的分子数密度和压强是多少? [解] (1) 分子数密度 V N V N n V N V N n 2222111122== == 由压强公式：23 1 V nm P = ，可得两部分气体的压强为 V V mN V m n P V V mN V m n P 323132312022 0222012 011=== = (2) 取出隔板达到平衡后，气体分子数密度为 V N N V N n 2 1+= = 混合后的气体，由于温度和摩尔质量不变，所以方均根速率不变，于是压强为： V V m N N V nm P 3)(3120212 0+= = 8-4 在容积为33m 105.2-?的容器中，储有15101?个氧分子，15104?个氮分子，g 103.37-?氢分子混合气体，试求混合气体在K 433时的压强。 [解] 由 nkT P = V N N N n 3 21++=

练习册-第十二章气体动理论

第十二章气体动理论 §12-1 平衡态气体状态方程【基本内容】热力学：以观察和实验为基础，研究热现象的宏观规律，总结形成热力学三大定律，对热现象的本质不作解释。统计物理学：从物质微观结构出发，按每个粒子遵循的力学规律，用统计的方法求出系统的宏观热力学规律。分子物理学：是研究物质热现象和热运动规律的学科，它应用的基本方法是统计方法。一、平衡态状态参量 1、热力学系统：由大量分子组成的宏观客体（气体、液体、固体等），简称系统。外界：与系统发生相互作用的系统以外其它物体（或环境）。从系统与外界的关系来看，热力学系统分为孤立系统、封闭系统、开放系统。 2、平衡态与平衡过程平衡态：在不受外界影响的条件下，系统的宏观热力学性质（如P 、V 、T ）不随时间变化的状态。它是一种热动平衡，起因于物质分子的热运动。热力学过程：系统从一初状态出发，经过一系列变化到另一状态的过程。平衡过程：热力学过程中的每一中间状态都是平衡态的热力学过程。 3、状态参量系统处于平衡态时，描述系统状态的宏观物理量，称为状态参量。它是表征大量微观粒子集体性质的物理量（如P 、V 、T 、C 等）。微观量：表征个别微观粒子状况的物理量（如分子的大小、质量、速度等）。二、理想气体状态方程 1、气体实验定律（1）玻意耳定律：一定质量的气体，当温度保持不变时，它的压强与体积的乘积等于恒量。即PV =恒量，亦即在一定温度下，对一定量的气体，它的体积与压强成反比。（2）盖.吕萨克定律：一定质量的气体，当压强保持不变时，它的体积与热力学温度成正比。即 V T =恒量。（3）查理定律：一定质量的气体，当体积保持不变时，它的压强与热力学温度成正比，即P T =恒量。气体实验定律的适用范围：只有当气体的温度不太低（与室温相比），压强不太大（与大气压相比）时，方能遵守上述三条定律。 2、理想气体的状态方程（1）理想气体的状态方程在任一平衡态下，理想气体各宏观状态参量之间的函数关系；也称为克拉伯龙方程 M PV RT RT νμ= = （2）气体压强与温度的关系 P nkT = 玻尔兹曼常数23/ 1.3810A k R N -==?J/K ；气体普适常数8.31/.R J mol K = 阿伏加德罗常数236.02310/A N mol =? 质量密度与分子数密度的关系