空气击穿是指在极端条件下,空气中的绝缘强度无法承受电场强度的电压,从而使空气形成电击穿现象,电流随即在空气中流动,产生较强的电弧现象。
空气在标准大气压下的绝缘强度约为3×10^6 V/m,而空气的击穿电场强度为3×10^6 ~ 3×10^7 V/m(不同气体有不同的数值),当电场强度达到一定的值时,即可引发空气击穿现象。
气体的击穿电压与气体压力、温度、湿度和气体种类等因素有关。
气压升高时,由于气体密度增加,即使电流密度相同,电子和离子的碰撞频率也会更加频繁,气体的电导率也会提高,因此气体击穿电压随之降低。
温度升高会导致气体分子热运动加剧,电子与原子相碰撞的总截面增大,气体的电导率增加,从而导致气体的电击穿电压降低。
湿度对气体击穿也有一定的影响,湿度较高时,空气中的水分子易于提供氢离子和氢氧离子,增加了气体的电导率,降低气体的电击穿电压。
另外,不同气体分子间的相互作用力、诱导极化和分子结构等因素也对气体的击穿电压有一定的影响。
空气击穿现象广泛应用于高压电气领域,如断路器、避雷器、电力变压器等电气设备中。
但是,在一些情况下,空气击穿现象也会带来危害。例如高压输电线路上的闪络现象,无论是由于杂草等原因导致两条导线间的距离缩短,还是由于空气电离程度增强,都可能导致闪络现象,从而影响输电线路的安全。
此外,在雷击等极端天气条件下,空气击穿也会对人类和设施带来威胁。
针对空气击穿现象及其应用与危害,研究人员一直在进行深入的探索。
一方面,研究人员通过模拟实验和理论分析等手段,不断完善空气击穿的物理模型,以增加对空气击穿现象的理解和认识。
另一方面,研究人员也致力于开发新的绝缘材料和设备结构,以提高电气设备抵御空气击穿的能力,从而保障电力系统的稳定运行和人民生命财产安全。