西安交通大学：《高电压绝缘专论》研究生课程教学资源（课件讲稿）01 电气物理基础

西安交通大学XIANJIAOTONGUNIVERSITY电气物理基础西安交通大学电气工程学院先进高电压与等离子体技术研究中心1898

电气物理基础 西安交通大学 电气工程学院 先进高电压与等离子体技术研究中心

“气”？“电气工程中为什么会有-2-《高电压绝缘专论》Xi'an Jiaotong University

Xi’an Jiaotong University 《高 电 压 绝 缘 专 论》 -2- “电气工程”中为什么会有“气”？

历史背景公元前5世纪，希腊哲学家德谟克利特等人认为：万物是由大量的不可分割的微粒构成的，即原子，认为原子是不可分的。他被认为是古希腊“第一个百科全书式的学者”被公认为是原子论的创始人。德谟克利特（希腊文：Anuokptos，约公元前460~公元前370年或公元前356年）古希腊的属地阿布德拉人，古希腊伟大的唯物主义哲学家，原子唯物论学说的创始人之一（率先提出原子论（万物由原子构成））古希腊伟大哲学家留基伯（希腊文：Ac0kl元元0s，英文：Leucippus或Leukippos.约公元前500-约公元前440年）是他的导师。德谟克利特一生勤奋钻研学问，知识渊博，他在哲学、逻辑学、物理数学、天文、动植物、医学、心理学、伦理学、教育学、修辞学、军事艺术等方面都有所建树。在第欧根尼拉尔修的记载中，他通晓哲学的每一个分支，同时，他还是一个出色的音乐家、画家、雕塑家和诗人。他是古希腊杰出的全才，在古希腊思想史上占有很重要的地位。-3-《高电压绝缘专论》Xi'an Jiaotong University

Xi’an Jiaotong University 《高 电 压 绝 缘 专 论》 -3- 历史背景 q 公元前5世纪，希腊哲学家德谟克利特等人认为 ：万物是由 大量的不可分割的微粒构成的，即原子，认为原子是不可 分的。他被认为是古希腊“第一个百科全书式的学者” ， 被公认为是原子论的创始人。 德谟克利特（希腊文：Δημόκριτος, 约公元前460～公 元前370年或公元前356年），古希腊的属地阿布德拉 人，古希腊伟大的唯物主义哲学家，原子唯物论学说 的创始人之一（率先提出 原子论（万物由原子构成）） 古希腊伟大哲学家留基伯（希腊文：Λεύκιππος, 英文： Leucippus 或 Leukippos. 约公元前500 - 约公元前440 年）是他的导师。 德谟克利特一生勤奋钻研学问，知识渊愽，他在哲学、逻辑学、物理、 数学、天文、动植物、医学、心理学、伦理学、教育学、修辞学、军事、 艺术等方面都有所建树。 在第欧根尼·拉尔修的记载中，他通晓哲学的每 一个分支，同时，他还是一个出色的音乐家、画家、雕塑家和诗人。他 是古希腊杰出的全才，在古希腊思想史上占有很重要的地位

原子结构模型的演变道尔顿原子模型19世纪初，英国科学家道尔顿(Dalton）提出近代原子学说他认为原子是微小的不可分割的实心球体。道尔顿原子模型英国化学及物理学家道尔顿（J.Dalton）《高电压绝缘专论》4Xi'an Jiaotong University

Xi’an Jiaotong University 《高 电 压 绝 缘 专 论》 -4- 道尔顿原子模型 原子结构模型的演变 19世纪初，英国科学家道尔顿(Dalton)提出近代原子学说， 他认为原子是微小的不可分割的实心球体

汤姆生原子模型1897年，英国科学家汤姆生发现了电子，提出了原子结构的枣糕模型。／其后，人们发现：在气体电离和光电效应等现象中，都可从物质中轰击出电子，电子的质量比最轻的氢原子的质量小得多说明原子不是组成物质的最小微粒，原子本身也具有结构。汤姆生原子模型（枣糕模型）英国物理学家汤姆生J.J.Thomson,1856-1940)5-《高电压绝缘专论》Xi'an Jiaotong University

Xi’an Jiaotong University 《高 电 压 绝 缘 专 论》 -5- 汤姆生原子模型 ü 1897年，英国科学家汤姆生发现了电子，提出了原子结构的枣 糕模型。 ü 其后，人们发现：在气体电离和光电效应等现象中，都可从物 质中轰击出电子，电子的质量比最轻的氢原子的质量小得多， 说明原子不是组成物质的最小微粒，原子本身也具有结构

卢瑟福原子模型1911年卢瑟福根据α粒子的散射实验，提出了原子的核式结构模型：原子的中心有一个很小的核，集中了原子的全部正电荷和几乎全部质量，而带负电的电子在核外空间里绕核旋转。初步建立了原子结构的正确图景卢瑟福原子模型英籍新西兰物理学家卢瑟福(E.Rutherford,1871-1937)-6-《高电压绝缘专论》Xi'an Jiaotong University

Xi’an Jiaotong University 《高 电 压 绝 缘 专 论》 -6- 卢瑟福原子模型 1911年卢瑟福根据粒子的散射实验，提出了原子的核式结 构模型：原子的中心有一个很小的核，集中了原子的全部正 电荷和几乎全部质量，而带负电的电子在核外空间里绕核旋 转。初步建立了原子结构的正确图景

波尔原子模型玻尔在卢瑟福的原子核式结构模型的基础上，根据原子光谱的规律和普朗克(Planck)的光量子理论，于1913年对原子结构提出了三个基本假设，成为原子量子理论的基础，波尔的原子结构模型丹麦物理学家波尔（N.Bohr，1885-1962）-7《高电压绝缘专论》Xi'anJiaotong University

Xi’an Jiaotong University 《高 电 压 绝 缘 专 论》 -7- 波尔原子模型 玻尔在卢瑟福的原子核式结构模型的基础上，根据原子 光谱的规律和普朗克(Planck)的光量子理论，于1913年对原 子结构提出了三个基本假设，成为原子量子理论的基础

波尔的古典量子论在电子围绕原子核运动的所有可能轨道中，只有电子的动量矩p等于h/2元的整数倍的那些轨道运动才是稳定的，即p= nh/2元式中 h一Planck常量，h=6.625x10-24Js;n一量子数，n=1，2，3，.….的整数值。电子在这些轨道中的任一条轨道n上运动时，电子具有一定的能量E，而不向外辐射能量，这称为稳定运动状态，简称定态。只有当电子从一个较高能量E的定态过渡到另一个较低能量E的定态时，原子才辐射出具有一定频率的光子，该光子的能量为这两个定态能量之差，即hv = Eh- E,式中v一光波的频率，S-1;-8-《高电压绝缘专论》Xi'anJiaotong University

Xi’an Jiaotong University 《高 电 压 绝 缘 专 论》 -8- 波尔的古典量子论 q 在电子围绕原子核运动的所有可能轨道中，只有电子的动量 矩p等于h/2的整数倍的那些轨道运动才是稳定的，即 p= nh/2 式中 h — Planck常量，h=6.62510-24 Js； n — 量子数，n=1，2，3， 的整数值。 q 电子在这些轨道中的任一条轨道n上运动时，电子具有一定 的能量En，而不向外辐射能量，这称为稳定运动状态，简称 定态。 q 只有当电子从一个较高能量Eh的定态过渡到另一个较低能量 El的定态时，原子才辐射出具有一定频率的光子，该光子的 能量为这两个定态能量之差，即 h = Eh- El 式中  — 光波的频率，s -1；

H原子能级与电子稳定轨道示意图ev自由态0=00n=3 n=4-0.54n=50.85n=4Hn=31.51激发态n=An=23.4基态n=113.64me(此为电子在核电场中的能量，为负值）En8c.h?n?（其中动能为正、势能为负，整体为负-9-《高电压绝缘专论》Xi'an Jiaotong University

Xi’an Jiaotong University 《高 电 压 绝 缘 专 论》 -9- n=1 n=2 n=3 n=4 n=5 H原子能级与电子稳定轨道示意图 2 2 0 4 8 h n me En    (此为电子在核电场中的能量，为负值) (其中动能为正、势能为负，整体为负)

发射及吸收光谱①连续光谱：连续分布着包含从红光到紫光的各种色光的光谱产生：由炽热的固体、液体、高压气体发光发射光谱：物质发光而产生的(1)直接产生的光谱②原子光谱线状谱）：只含有一些不连续的（一）光谱亮线的光谱，线状谱中的亮线叫谱线产生：由稀薄气体或金属蒸气发光而产生2吸收光谱：高温物体发出的白光通过物质时，某些波长的光被物质吸收后产生的光谱产生：炽热物体发出的白光通过温度较低的气体后产生的-10-《高电压绝缘专论》Xi'an Jiaotong University

Xi’an Jiaotong University 《高 电 压 绝 缘 专 论》 -10- 发射及吸收光谱