气压变化是如何影响电气元件的耐压？

在电气工程领域，气压变化对电气元件耐压的影响是一个关键问题。当气压变化时，气体的击穿电压也会随之变化。在真空条件下，击穿电压较高；而在低气压或低真空时，击穿电压降低；当气压增加时，击穿电压再次升高。这种现象可以通过电弧巴申曲线来解释，该曲线显示了击穿电压与气体压强和电极间隙乘积的关系。在低气压下，带电粒子的平均自由行程可能超过电极间隙，导致游离减弱，因此需要更高的电压来实现击穿。而在高气压下，带电粒子获得的动能减少，同样需要更高的电压。巴申曲线的最低点表示最容易击穿的条件。此外，实际电器产品中的电场通常不均匀，导致实际击穿电压低于巴申曲线的预测值。在高海拔地区，由于大气压力较低，击穿电压也会相应减小。了解这些关系对于设计和维护电气设备至关重要。气压变化对电气元件的耐压有显著影响，这可以通过电弧巴申曲线来理解。在不同气压下，气体的击穿电压会变化，影响电气设备的稳定性和安全性。在设计电气元件时，必须考虑气压变化对耐压的影响，以确保设备在各种环境下都能正常工作。

题主的问题就是电弧巴申曲线的解读。

题主的问题的确引起很多人的疑惑。同样一台开关设备，我们把它周围的空气抽出，形成真空，我们发现它的击穿电压很高；然而在低气压或者低真空时，击穿电压又变成很低；我们把气压加大，形成高压时，击穿电压又变高了。为何如此？

答案是：击穿电压存在最小值。

我们看下图：

图1中的左图，我们看到的是气体放电管电路。图1的右图是它的伏安特性曲线，图1的右上图是巴申曲线。

注意看图1的伏安特性曲线，它的峰值点就是击穿电压Uc。从巴申曲线看，击穿电压Uc存在最小值，此最小值U_{c.min}对应的气压压强p和电极间隙d的乘积{pd}_{0}。题主的疑问在于：大气压强p与击穿电压Uc有何关系？

带电粒子与中性粒子的碰撞，远不是每次都能使中性粒子游离，而存在一定的几率。碰撞是否会引起游离主要取决于带电粒子在两次碰撞之间是否能聚集足够的动能。这主要与两个因素有关：即电场强度E1和带电粒子的平均自由行程λ。E1越大，则带电粒子在电场中受到的作用力越大，因此动能越大。当电压U一定时，在均匀电场中E1与电极间距离d成反比(因U=E1)，又因带电粒于的自由行程λ与气体压力p成反比，因此带电粒子在运动中可获得的动能与p及d的乘积成反比，即：W∝frac{1}{pd}，式1

由式1知，当pd值增大时，带电粒子在运动中获得的动能W减小，间隙游离减少。因此必须提高电压才能使间隙击穿。由此可以说明图1中巴申曲线右半部分Uc随pd增加而增大。

在pd很小时，情况有所不同，此时带电粒子的平均自由行程λ与电极间距离d相比，相对已不是很小的数值，个别电子的自由行程可能已超过极间距离d。这意味着某些电子在整个行程中都没有与中性粒子碰撞，因此使游离反而减弱，所以必须提高外施电压U，即增加电场强度，以增加每次碰撞的游离几率。所以巴申曲线左侧部分Uc随pd减小而上升。

巴申曲线的最低点，Uc最小，代表间隙最容易被击穿的隋况。

必须指出，巴申曲线的左侧只适用于低气压和高真空的气体。若在大气条件下或接近大气条件下，因左侧部分对应的间隙d已在微米或微米以下的数量级上，这样间隙中的电场强度极高会产生高电场发射，使击穿电压大大降低。

巴申曲线只给出均匀电场的击穿电压。实际电器产品中电场都不是完全均匀酌，这时的击穿电压一般均低于巴申曲线上的数值。海拔较高处，大气压力较低，在同样的电极距离d时，pd值较小，所以击穿电压比地面为小。

下图是不同的气体介质对应的击穿电压巴申曲线：

以下表达式是击穿电压Uc与pd的关系：

U_{c}=frac{Bpd}{Tlnleft[frac{Apd}{lnleft(1+frac{1}{gamma} ight)} ight]}，式2

式2中的A和B是与气体介质有关的系数：

另外，式中的γ叫做表面电离系数，或者叫汤逊第二系数。汤逊是上世纪初跨世纪时代的最伟大科学家，可见本帖描述的概念十分古老。作为供配电的电气工作者，一定要明确和掌握才行。

另外，本贴的内容可以参考任何一本有关电器学方面的参考书，里面肯定有。

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请题主注意：

1)主题中的气压变化应当改为气体压强变化，而电气元件的耐压应当改为电器元件触头间的击穿电压。这两个物理概念不能混淆。

2)巴申曲线中的pd是一个整体，一般不能分开讨论。

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