Bài giảng môn Vật liệu điện: Chương 5 - TS. Nguyễn Văn Dũng

Bài giảng môn Vật liệu điện: Chương 5 trình bày về "Sự phóng điện trong chất khí". Nội dung cụ thể của chương này gồm có: Giới thiệu; Phóng điện trong điện trường đều; Quá trình ion hóa; Ion hóa quang; Ion hóa nhiệt; Ion hóa do va chạm; Lý thuyết phóng điện thác điện tử (Nguyên lý PĐ Townsend); Phóng điện trong khí điện âm; Định luật Paschen
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng môn Vật liệu điện: Chương 5 - TS. Nguyễn Văn Dũng CHƯƠNG IV: SỰ PHÓNG ĐIỆN TRONG CHẤT KHÍ 1. Giới thiệu 2. Phóng điện trong điện trường đều 3. Quá trình ion hóa 4. Ion hóa quang 5. Ion hóa nhiệt 6. Ion hóa do va chạm 7. Lý thuyết phóng điện thác điện tử (Nguyên lý PĐ Townsend) 8. Phóng điện trong khí điện âm 9. Định luật PaschenTS. Nguyễn Văn Dũng. 10/10/2015. Tài liệu có bản quyền. Không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào. 1. Giới thiệu Không khí là chất khí cách điện phổ biến nhất (ví dụ: cách điện đường dây truyền tải và phân phối trên không) Để sử dụng tốt không khí làm chất cách điện yêu cầu: o Hiểu biết về đặc tính điện o Các quá trình dẫn đến phóng điện vầng quang và đánh thủng o Ảnh hưởng của các yếu tố bên ngoài đến các quá trình phóng điện Trong các hệ thống kín, không khí và một số chất khí khác được sử dụng ở áp suất cao: SF6, H2, CO2, N2 Ưu: chất cách điện khí có khả năng tự phục hồi sau khi bị phóng điện Nhược: độ bền điện thấp hơn chất lỏng và rắn.TS. Nguyễn Văn Dũng. 10/10/2015. Tài liệu có bản quyền. Không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào. 2. Phóng điện trong điện trường đều Khi phóng điện xảy ra: chất khí chuyển từ chất cách điện sang chất dẫn điện trên kênh phóng điện Thời gian phóng điện dao động trong khoảng ns  s Dẫn điện trong chất khí là do sự chuyển động của các điện tích (điện tử và ion) dưới tác động của điện trường Sự phóng điện phụ thuộc rất lớn vào loại chất khí, áp suất và nhiệt độ nhưng phụ thuộc rất ít vào vật liệu làm điện cực  điện tích chuyển động được tạo ra từ môi trường khíTS. Nguyễn Văn Dũng. 10/10/2015. Tài liệu có bản quyền. Không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào. 3. Quá trình ion hóa Là quá trình biến phân tử hay nguyên tử khí trung tính thành ion Các quá trình ion hóa: o Ion hóa do va chạm (quan trọng nhất đối với sự phóng điện của chất khí) o Ion hóa quang o Ion hóa nhiệtTS. Nguyễn Văn Dũng. 10/10/2015. Tài liệu có bản quyền. Không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào. 4. Ion hóa quang (photo-ionization) Dưới tác động của bức xạ, nguyên tử hay phân tử khí trung tính sẽ hấp thu Photon của bức xạ Năng lượng của Photon: Hằng số Planck Tần số của bức xạ W  hf h  6,626.10 34 ( J .s) Phương trình kích thích Năng lượng ion hóa hf Vi * hf  A  A Nguyên tử ở trạng thái kích thích Phương trình ion hóa hf Vi   hf  A  A  eTS. Nguyễn Văn Dũng. 10/10/2015. Tài liệu có bản quyền. Không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào. Với: c hc hc f   hf   Vi      Vi  Ví dụ: một chất khí có năng lượng ion hóa khoảng 10 eV, tính bước sóng của bức xạ có thể gây ra ion hóa chất khí 6,626.10 34 ( J .s )  3.108 (m / s )  19  1, 242. 10 7 m 10 1,6.10 ( J )  124,2 nm (UV  C )TS. Nguyễn Văn Dũng. 10/10/2015. Tài liệu có bản quyền. Không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào. 5. Ion hóa nhiệt Động năng trung bình của chuyển động nhiệt của phân tử/nguyên tử khí Hằng số Boltzmann (1,38.10-23 J/K = 8,617.10-5 eV.K-1 ) 3 Wk  kT 2 Khi Wk  Vi: gây ion hóa chất khí do va chạm giữa các phân tử/nguyên tử khí chuyển động nhiệt Tại nhiệt độ phòng, Wk nhỏ  không gây ra ion hóa nhiệt Ví dụ: tính Wk tại nhiệt độ phòng (300K) 3 3 Wk  kT   8,617.10 5 (eV .K 1 )  300( K ) 2 2  0,039eV  10eVTS. Nguyễn Văn Dũng. 10/10/2 ...