为什么有效碰撞需要较高能量?
真的兔子094
有效碰撞是指两个分子碰撞后,碰撞部位的两个原子间（逐步）形成了新的化学键（实际上就成了一个分子）,同时一般而言,原有的部分化学键会发生松动,化学键力逐渐减小,直至断裂,从而形成新的分子.简而言之,有效碰撞就是能引起分子间反应的碰撞.分子总是由原子构成,原子中具有核外电子,当两个分子彼此靠近时,两个分子中电子间的斥力逐步增大（这就是分子间斥力的主要来源）,并随着越来越近,斥力急剧上升.但对于可以成键的两个发生碰撞的原子而言,原子间距离进一步缩短到化学键的作用距离（大致是两个原子的共价半径之和）时,两个原子间又表现出引力,从而将两个分子吸引到一起,合二为一.这过程中两个分子在成键之前,要想克服急剧增大的斥力,就必须具有足够大的动能,否则还没等到二者达到成键距离的时候,分子动能就耗尽了（转化为斥力势能）,在巨大斥力的作用下,彼此被弹开,就不能发生有效碰撞.因此,想要发生有效碰撞的第一个条件就是碰撞的分子必须具有足够大的动能.化学中往往只泛泛地说能量,实际上准确的说法是动能.顺便说一下第二个条件,就是两个分子碰撞取向合适,即能成键的原子撞到一起,如果两个相撞的原子间不可能成键,则动能就算足够了也是白搭.临界能量不是一个专门术语,它的意思需要在上下文中理解.估计你问题中的临界能量就是指能够发生有效碰撞的最低能量.大于等于临界能量,并且碰撞取向合适,则发生有效碰撞,二者缺一不可.如有不明欢迎追问.
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-> 3.3.1 碰撞理论
化学反应速率理论简介
实验结果证明，化学反应速率的大小，同自然中任何事物的变化规律一样，取决于两个方面，即内因和外因。
内因：即反应物的本性。如无机物间的反应一般比有机物的反应快得多；对无机反应来说，分子之间进行的反应一般较慢，而溶液中离子之间进行的反应一般较快。
外因：即外界条件，如浓度、温度、催化剂等外界条件。
为了说明“内因”和“外因”对化学反应速率影响的实质，提出了碰撞理论和过渡状态理论。
一、碰撞理论（collision theory）
化学反应的发生总是伴随着电子的转移或重新分配，这种转移或重新分配似乎只有通过相关原子的接触才可能实现。
1918年，路易斯(lewis)根据气体分子运动论，提出了碰撞理论。其理论要点如下
①原子、分子或离子只有相互碰撞才能发生反应，或者说碰撞是反应发生的先决条件。
②只有少部分碰撞能导致化学反应，大多数反应物微粒之间的碰撞是弹性碰撞。
根据气体分子运动论的理论计算，单位时间内分子碰撞的次数是非常大的，可达1032次·开-1s-1，如果每次碰撞都能够发生反应，任何气体反应都将在瞬间完成，这与实验事实不符。
能导致化学反应的碰撞叫有效碰撞，反之则为无效碰撞。单位时间内有效碰撞的频率越高，反应速率越大。
只有能量足够大的分子才能发生有效碰撞，这样的分子称为活化分子（activated molecule）。
根据气体分子运动论，在任何给定的温度下，分子的运动速度不同，也就是其所具有的能量不同，如图3：
Ee:分子的平均能量 Ec:活化分子所具有的最低能量(Activation energy) Ea:活化能，即活化分子所具有的最低能量与分子的平均能量Ee的差值单位均为KJ·mol-1
从图3-3可以看出，活化能越大，活化分子越少，则反应速率就越小。要发生有效碰撞必须具备以下两个条件
①反应物分子必须具有足够大的能量。由于相互碰撞的分子的周围负电荷电子之间存在着强烈的电性排斥力，因此，只有能量足够大的分子在碰撞时，才能以足够大的动能去克服上述的电性排斥力，而导致原有化学键的断裂和新化学键的形成。
②反应物分子要以适当的空间取向而发生碰撞如,
NO2和CO分子要发生定向碰撞，即CO中的C与NO2中的O相碰才能发生反应。
碰撞理论的优、缺点:
优点：直观、明了，易为初学者所接受;缺点：模型过于简单。把分子简单地看成没有内部结构的刚性球体，要么碰撞发生反应，要么发生弹性碰撞。“活化分子”本身的物理图像模糊。气体分子电离,自由程
篇一:《高电压技术第2章参考》
第二章参考
1、 气隙的伏秒特性是怎样绘制的？研究气隙的伏秒特性有何实用意义？ 答：气隙伏秒特性用实验方法来求取：保持一定的波形而逐级升高电压，从示波图求取。电压较低时，击穿发生在波尾。电压甚高时，放电时间减至很小，击穿可发生在被头。在波尾击穿时，以冲击电压幅值作为纵坐标，放电时间作为横坐标。在波头击穿时，还以放电时间作为横坐标，但以击穿时电压作为纵坐标。把相应的点连成一条曲线，就是该气隙在该电压波形下的伏秒特性曲线。
伏秒特性对于比较不同设备绝缘的冲击击穿特性具有重要意义，例如，在考虑不同绝缘强度的配合时，为了更全面地反映绝缘的冲击击穿特性，就必须采用伏秒特性。
2、 试说明在雷电冲击电压作用下，导线对平行平板气隙（S/D&10）和球－球气隙（S/D&0.5）的伏秒特性形状有何不同，并解释其原因。
答：两种情况反映在伏秒特性的形状上，导线对平行平板气隙（S/D&10）的伏秒特性在相当大的范围内向左上角上翘，而球－球气隙（S/D&0.5）的伏秒特性在很小的时间范围内向上翘。
原因可以解释为：导线对平行平板气隙（S/D&10），电场分布极不均匀，在最低击穿电压作用下，放电发展到完全击穿需要较长的时间，如不同程度地提高电压峰值，击穿前时间将会相应减小。球－球气隙（S/D&0.5），电场分布较为均匀，当某处场强达到自持放电值时，沿途各处放电发展均很快，故击穿前时间较短（不超过2~3?s）。
3、 试解释50％击穿电压。
答：50％击穿电压是指气隙被击穿的概率为50%的冲击电压峰值。该值已很接近伏秒特性带的最下边缘，能反映该气隙的基本耐电强度，但由于气隙的击穿电压与电压波形相关，因此50％击穿电压并不能全面地代表该气隙的耐电强度。
4、 标准大气条件下，下列气隙的击穿场强约为多少（气隙距离不超过２m，电压均为峰值计）？
a、 均匀电场，各种电压。
Ub?24.4?S?6.S
式中?——空气的相对密度；S——气隙的距离，cm。
b、 不均匀电场，最不利的电场情况，最不利的电压极性，直流、雷电冲击、操作冲击、工频电压。
直流：4.5kV/cm；棒板间隙（正棒负板）
雷电冲击：6kV/cm 棒板间隙（正棒负板）
操作冲击：3.7kV/cm 棒板间隙（正棒负板）
工频电压：4.4kV/cm 棒板间隙（正极性）
5、 为什么压缩气体的电气强度远较常压下的气体为高？又为什么当大气的湿
度增大时，空气间隙的击穿电压增高。
答：压缩气体中的电子的平均自由行程大为减小，削弱电离过程，从而提高气体的电
当大气的湿度增大时，大气中有较多的水蒸气，其电负性较强，易俘获自由电子以形成负离子，使最活跃的电离因素即自由电子的数目减少，阻碍电离的发展。
6、 某110kv电气设备如用于平原地区，其外绝缘应通过的工频试验电压有效值
为240kv，如用于海拔4000m地区，而试验单位位于平原地带，问该电气设备的外绝缘应通过多大的工频试验电压值？
试验电压修正经验公式：Ub?U0?Kd?Kh
其中：Kh为湿度修正系数，这里不考虑，可取1；
Kd为空气相对密度修正系数，Kd??m，指数m一般情况下取1。
??p273??0 ?p0273??
； p0?101.3kPa,?0?200C（标准参考大气条件）
p：实试时的大气压力，kPa；?：实试时的温度，0C
在不考虑温度差异情况下，查国标得海拔4000m的平均气压为61.7kPa（20℃），
Kd???61.7?0.6 101.3
Ub240??400kV Kd?Kh0.6
7、 为提高棒－板间隙的击穿电压，分别采取了以下五种措施，试讨论这些措施
的有效性？为什么？（1）增大气压；（2）在适当位置设置极间障；（3）抽真空；（4）充4.5大气压的SF6气体；（5）将板极的尺寸增大。
答：（1）增大气压：有一定效果，因为气压增大后，分子间距离减小，电子的平均自
由程减小，不利于碰撞电离的发生，因而击穿电压增大。但是，由于该间隙是极不均匀电场，增大气压的效果没有均匀电场的明显，而且在某一段气压范围内，由于增大气压后棒电极附近不能形成有效的电晕层，击穿电压反而会下降，尤其在正棒负板时更明显。
（2）在适当位置设置极间障：有效，因为对于持续电压，极间障上面可以聚集空间电荷，这些空间电荷能够使极间障与板电极之间的电场变得均匀，因而击穿电压可提高；对于冲击电压，极间障阻碍光的传播，不利于空间光电离的发展，因而击穿电压可提高。对于正棒负板，极间障在较大范围内均可以提高击穿电压，对于负棒正板，极间障只有在靠近棒电极的位置才可以提高击穿电压，而在远离棒电极的位置上降低了击穿电压，因为在这种情况下，原本扩散到空间的负离子被聚集到极间障上，增强了极间障与板电极之间的电场强度。
（3）抽真空：在一定压力范围内有效，根据巴申定律，随着气压从较高数值下降，击穿电压首先会逐渐降低，因为电子的平均自由程增大，容易引发碰撞电离；然后逐渐升高，因为空气稀薄，电子在整个电极之间的形成中与气体分子碰撞的机会很少，从而发生有效碰撞电离的机会很小，加之气体分子稀薄，光电离、热电离的数量也少，最终使得电子崩不能充分发展。但是，当气压低于1.33*10-2Pa后，击穿电压基本维持不变，因为此时引发击穿的因素主要是阴极电子发射等。
（4）充4.5大气压的SF6气体：无效。首先，极不均匀场中容易发生电晕，SF6气体在电晕中发生电离，产生离解，离解物和继发性反应物有很大的腐蚀性，对绝缘有很大的危害，因而SF6气体中不允许采用极不均匀电场。
（5）将板极的尺寸增大：无效。因为极不均匀电场中击穿电压主要受电场均匀程度的影响，增大板极尺寸不会显著影响电场的均匀程度，因而不会显著影响击穿电压。
8、 一般在封闭组合电器中充SF6气体的原因是什么？与空气比较，SF6的绝缘
特性如何？
答：SF6具有较高的耐电强度；而且有很强的灭弧性能；它是一种无色、无味、无毒、
非然性的惰性化合物；对金属和其它绝缘材料没有腐蚀作用；在中等压力下，SF6气体可以被液化，便于储藏和运输。
与空气比较SF6气体具备如下绝缘特性：
1、 电离和离解特性：电负性强、离解附着力强、密度大自由行程短；
2、 电场特性：只适用于均匀与稍不均匀场，不适用于极不均匀电场；
3、 极性效应：SF6气体绝缘结构的绝缘水平是由负极性电压决定；
4、 时间特性：分散性大；
5、 压力特性：气体压强愈高，电极表面粗糙度的影响和杂质对电场干扰的应相
就愈强列，当气压超过0.6MPa时，SF6绝缘装置在工艺上已很难控制，故应用气压大约在0.1MPa~0.4MPa范围内较为适宜。
9、 为什么SF6气体绝缘大多数只在均匀电场和稍不均匀电场下应用？最经济
适宜的气压范围约为多少，采用更高气压时，应注意哪些问题？
答：在极不均匀电场下，SF6气体的击穿电压与空气的击穿电压基本相当，同时，SF6
在高场强的作用下会发生分解成有毒气体，因而SF6气体绝缘大多数只在均匀电场和少不均匀电场下应用。
最经济的气压是3~4大气压。采用更高气压时，一方面随气压的升高，间隙击穿电压上升比较缓慢，由于保证密封所带来的费用却急剧增大，因而是不经济的，同时作为绝缘介质使用时，其工作气压一般不超过0.5MPa,在其工作温度下，尚不会液化。另外气体压强愈高，电极表面粗糙度的影响和杂质对电场干扰的应相就愈强列，不宜采用。篇二:《空气电离》
空气是由氧、氮、水蒸气、二氧化碳等多种气体组成的气体混合物，在正常情况下，气体分子不带电（显中性），但在射线、受热及强电场的作用下，空气中的气体分子会失去一些电子，即所谓空气电离，这些失去的电子称为自由电子，它又会与其它中性分子相结合而得到电子的气体分子带负电，称为空气负离子。负离子具有热电性和压电性，既使在微小的温度和压力变化的情况下，亦能引起负离子晶体之间的电势差，从而使空气发生电离，空气中，多种气体分子&俘获&电子的能力有强有弱，其中氧气和二氧化碳较强，而氧气在空气中占20%多，二氧化碳仅占0.03%。因此空气电离产生的自由电子大部分被氧气获得，形成负氧离子，又称&负离子&。
一些实验设备要在真空中运行,当加高压时往往会因真空不好出现放电现象,想问问空电离和什么因素有关?有没有计算的公式?
电离和电介质材料和加工工艺水平有重要的关系，真空电离说明还有气体存在。 电离当然要再你的环境中存在可以电离的截介质才行，真空中试不行的。
真空特别号或者特别遭的时候都不是很容易电离的，好像是在-2量级的时候比较容易电离
1cm空气的击穿电压（尖端击穿）是多少？
在均匀电场，气压为0.098MPa、温度为20℃、两极间距离大于0.1cm 的条件下，空气击穿电压与极间距离保持以下关系
Uj=300b+1.35
式中:Uj——空气击穿电压，kV；
B ——电极间距离，cm。
正常情况下，1mm空气击穿电压是多少？
空气击穿电压一般为3kV/mm
Paschen law{气体分子电离,自由程}.
表征均匀电场气体间隙击穿电压、间隙距离和气压间关系的定律。1889年由F.帕邢根据平行平板电极的间隙击穿试验结果得出。表达为:击穿电压U（千伏）是电极距离d（厘米）和气压P（托）乘积的函数（见图）。应用汤森击穿条件r(ead-1)=1（见汤森德理论）以及电离系数 χ与(Pd)的关系式可以求出击穿电压公式
式中A和B在一定E/P范围内是常数。 经过微分后得到最低击穿电压。由曲线可见，提高气压或是降低气压到真空(例如10-6托)都能提高间隙击穿电压，这概念在实际应用中是有意义的。帕邢定律在一定(Pd)范围有效。气压过高或高真空中，放电过程不能用汤森理论，帕邢定律也不适用。
帕邢曲线 击穿电压 最小值的原理是什么
如P不变，当l减小时，一方面电场强度增大，使a增加；另一方面电子雪崩发展空间l缩短，两种因素，效果相反，总的作用可以使al增大或减小。
如果l不变，P增加，一方面带电粒平均自由程缩短，使带电粒子在自由程中获得的能量减小，不利于放电。另一方面带电粒子在两电极间渡越时所发生碰撞次数增多，有利于放电，因此存在最低点Vmin
当Pl甚小时，电子在电极问飞过发生碰撞次数太少，因电离次数太少，放大倍数也太少。若Pl再减少，为实现着火，极间电压必须增加。Pl甚大时，电子在极间运动，发生弹性碰撞次数太多，电子损失能量过多，也不利于产生碰撞电离，若P2再增大，极间电子雪崩增长更少，则必须增加电压系统着火。
根据帕邢定律可以看出影响着火电压的主要因素如下：
(1)Pl值的作用。帕邢定律表明，当其他因素不变的时候，Pl值的变化对着火电压的变化起决定作用。
(2)气体种类和成分的影响。在着火电压中起重要作用阿尔法系数和伽马系数与气体有关，故气体种类影响着火电压。
(3)电极材料和表面状况的影响。
(4)电场分布的影响。电极结构和极性决定着着火前电极间隙的电场分布。电场分布对汤森阿尔法系数和伽马系数的数值起决定作用，影响气体中的电子与离子的运动轨迹以及电子雪崩过程，因此，它对着火电压影响很大。
(5)外界电离源的影响
空气密度越低 越容易被击穿 那么真空呢 真空导电吗
要看多大的真空度，真空度太低或太高放电电场强度都比较高，这个在物理学上是适用于帕邢定律Paschen law即表征均匀电场气体间隙击穿电压、间隙距离和气压间关系的定律。
在不同真空度下的放电电场强度可以查一下帕邢曲线.{气体分子电离,自由程}.
帕邢定律-正文
表征均匀电场气体间隙击穿电压、间隙距离和气压间关系的定律。1889年由F.帕邢根据平行平板电极的间隙击
穿试验结果得出。表达为:击穿电压U（千伏）是电极距离d（厘米）和气压P（托）乘积的函数 。应用汤森击穿条件r(ead-1)=1（见汤森理论）以及电离系数 χ与(Pd)的关系式可以求出击穿电压公式
帕邢定律在一定(Pd)范围有效。气压过高或高真空中，放电过程不能用汤森理论，帕邢定律也不适用。
解释气体放电机制的最早理论。由英国物理学家J.S.E.汤森于1903年提出。汤森在实验中发现，当两平板电极之间所加电压增大到一定值时，极板间隙的气体中出现连接两个电极的放电通道，使原来绝缘的气体变成电导很高的气体，有放电电流通过，间隙被击穿。汤森用气体电离的概念解释这一现象。他设想有n0个自由电子在电场作用下由阴极向阳极运动,只要电场足够强,电子在与气体分子碰撞时会引起后者电离，发展成电子崩。若每个电子在电场中移动单位距离时产生的电离次数为α(汤森电离系数),则可推知n0个自由电子在由阴极向阳极运动中经过距离n后将增加到n0ead,而每个电子产生的正离子－电子对数为ead-1。正离子在电场作用下向阴极运动，设每个正离子撞击阴极时引起的电子发射（称二次电子发射）的概率为r,则n0个自由电子引起电离后产生的二次电子数为rn0(ead-1)。要使放电持续不断，则需使rn0(ead-1)=n0或r(ead-1)=1，这就是汤森自持放电的条件，又称汤森判别式。
对于不同间隙介质都有不同的临界击穿电场强度Ec（大气中约30kV·cm-1）。间隙中的电场E低于Ec时，间隙不会击穿。在汤森判别式中,电离系数α 随外加电场强度E的增强而增大,因此电子的电离效应也加强。α 值必须足够大才能产生足够的电离次数及离子数，满足自持放电条件使间隙被击穿。实际过程比这要复杂一些，例如间隙中空间电荷的积累会引起电场畸变；阴极表面还存在光电发射和其他粒子轰击阴极表面的过程；间隙气体中还有光电离和电附着作用等。虽然自持放电包括的过程比较复杂,但判别式的形式仍是其中rm为包括了各种阴极表面过程的二次电子发射概率，μ为气体吸收系数。利用高速示波器可以测出放电发展过程中的电流变化。电流的周期性变化说明间隙中电离、阴极发射电子等一次次的循环。不满足自持条件时的放电，电流逐步减为零，此时间隙中气体未击穿，仍保持绝缘状态。汤森理论只适用于气压比较低、气压与极距的乘积(Pn)比较小的情况。
高气压电击穿
由于气体压力与气体密度成正比，因而气压将直接影响电子的自由程，从而影响电离和击穿。帕邢定律表明,在相同的间隙距离下,提高气体压力可提高其击穿电压。然而高气压下气体介质击穿的机理与汤森理论有很大差异。高气压电击穿有以下特点：①超过一定气压Pc之后（各种气体的Pc值不同,例如SF6的Pc约在6kg/cm2 以上），击穿电压有较大的分散性。经过多次放电之后(一般称“锻炼”)，击穿电压值渐趋稳定。但即使在锻炼之后，偶而也会出现很低的击穿电压。②阴极材料对击穿电压有影响。阴极材料的结构，例如有无杂质，单晶或多晶，是否有位错等，也会影响击穿电压的大小。③电极表面状态的影响。电极表面加工及清洁程度对击穿电压有作用。如电极经抛光、除油等处理后，击穿电压比处理前高。④电极面积增大，击穿电压将有所降低。⑤气体中若含有水气及悬浮尖埃等杂质，则会降低击穿电压。因此所充气体应经过净化处理。
绝缘物在强电场及其他因素的作用下，如电场强度超过一定限度，将急速地发生破裂或分解，完全失去绝缘性能而破坏。这种破坏方式称为击穿。绝缘物发生击穿时的电压称为击穿电压，发生击穿时的电场强度简称击穿强度。气体击穿是由碰撞电离导致的电击穿，是与气体放电过程相联系的。两极间气体放电特性如图1-1所示。由于大气中产生和存在着微量的自然离子，在两极间施加电压即有电流出现。当两极间电压低于U1时，气体中电流随电压增加而增加（图中OA 段）。这是由于电压越高，电场越强，达到极面的电子和离子越多的缘故。当电压升高到U1~U2之间时，气体中电流基本上保持不变（图中AB段）。这是
由于电极间空气中的电子和离子在极短的时间内全部到达电极的缘故。当电压升高超过U2时（图中B点），由于碰撞电离，即由于空气中的电子在定向运动过程中获得足够的动能，与气体分子碰撞时使中性分子电离，产生新的电子和离子，使得电流随着电压的增加而迅速增加。当电压继续升高超过U3时（图中C点），由于出现雪崩式电离，即由于碰撞产生的电子也能积累足够的动能引起新的碰撞电离，形成所谓电子崩；电子崩出现后，空间电子和离子急剧增加，碰撞电离增强，光电离出现，形成所谓流注。如果电场比较均匀，一旦出现流注，即迅速发展，形成贯穿整个间隙的火花放电，间隙被击穿；如果间隙很大，流注伸展一定距离后不再向前发展，但其后方发生强烈的热电离，形成所谓先导放电，先导放电贯穿整个间隙即构成更为明亮的火花放电。如果电场不均匀，流注在电场强度高的区域形成，并可能只伸展到一定距离就停下来，流注前部呈刷状，但不构成整个间隙的火花放电。如果电场很不均匀，只在很小的范围内发生流注，形成电晕放电。
在均匀电场，气压为0.098MPa、温度为20℃、两极间距离大于0.1cm 的条件下，空气击穿电压与极间距离保持以下关系
Uj=300b+1.35
式中:Uj——空气击穿电压，kV；{气体分子电离,自由程}.
B ——电极间距离，cm。篇三:《天津大学 薄膜电子技术 作业第一、二章》
薄膜作业第一、二章
1、给出真空区域的划分及在不同的真空区域内气体分子的物理性质。
答:真空区域可以划分为:粗真空、低真空、高真空和超高真空四个等级。
（1） 粗真空：在粗真空状态下，气态空间的特性和大气差异不大，气体分子数目多，
并仍以热运动为主，分子之间碰撞十分频繁，气体分子的平均自由成很短。
（2） 低真空：此时每立方厘米内的气体分子数为个，气体分子密度与大气
时有很大差别，气体中的带电粒子在电场作用下，会产生气体导电现象。气体的
流动也逐渐从粘稠滞流状态过渡到分子状态，气体分子的动力学性质明显，气体
的对流现象完全消失。在此真空区域，由于气体分子数减少，分子的平均自由程
可以与容器尺寸相比拟, 分子之间的碰撞次数减少，而分子与容器壁的碰撞次数大
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