为什么说空气被击穿？

这个问题还是很有意思的，我来说说吧。

1.气体放电管的实验电路和它的伏安特性曲线

我们看下图：

图1中，我们仔细看左侧的气体放电管电路，我们发现气体放电管内的阳极和阴极分别连接电源的正极和负极。由于气体放电管内是空气，空气当然是绝缘体，所以电路实际上是断的。

图1右侧的曲线就是气体放电管的伏安特性曲线。这里的纵坐标是电压，横坐标是电流。分析伏安特性是用来解析电子元器件和电器元件的通用方法。

2.有关气体放电管对空气击穿电压的实验描述

现在，我们缓慢地调高电源电压，我们发现气体放电管内居然出现了很小的电流，见图1右侧伏安特性曲线的A点，这是为何？

我们知道，气体通常是不导电的。但是，如果气体中含有带电粒子（电子、正离子、负离子），就成为导电的电离气体了。气体导电的原因有几个：

（1）电极材料的表面发射（注意：表面发射仅仅存在于电极上）

金属电极的表面发射细分为：

1)热发射

当金属的温度升高时，其表面的自由电子可能获得足够的动能，以超越金属表面晶格电场造成的势垒而逸出。一个电子逸出金属表面所需的能量叫做逸出功Wyc，单位是电子伏特。

部分元素的逸出功见下表：

热发射最大电流密度取决于金属材料的沸点。沸点越高，热发射最大电流密度越大。对于难熔金属（如钨），可达几千安每平方厘米，而对于易熔金属（如铜、银）等等，则不超过1A/cm²。

2)场致发射（高电场发射）

当金属表面存在较高的电场强度（大于 ）时，金属表面势垒厚度减小，自由电子可在常温下穿过势垒（所谓的隧道效应），逸出金属。这种现象叫做场致发射，也称为高电场发射。

3)光发射

当光线和射线照到金属表面时，引起电子逸出的现象。光波越短，引起的光发射作用越强，并且从金属表面逸出的电子速度越快。波长较长的光量子，虽然能量不足以直接引起电子发射，但是，却能够被金属吸收，改变金属中自由电子的运动速度，使动能超过逸出功的电子逸出金属。

4)二次发射

当正离子以很高的速度撞击阴极．或者电子、负离子以很高的速度撞击阳极时，都可能引起金属电极表面发射电子，这种现象称为二次发射。在气压较高的放电间隙，通常阴极附近比阳极附近的电场强度高，所以，阴极表面二次发射较强。二次发射在气体放电过程中起着重要作用。

（2）空间电离。（注意：空间电离发生在弧隙的气体上）

电极间气体自身由绝缘状态变成导电状态（不是由外界送入带电粒子）的现象，叫做空间电离。空间电离有三种：

1）光电离

中性粒子受光照则可能被电离，这一现象叫做。光的频率越高（即波长越短），电离作用越强。所以X射线和宇宙射线、紫外线都有较强的电离作用，而可见光几乎不引起气体电离。

注意1：宇宙射线是引起空气电离的主要原因之一。事实上，在我们周围，宇宙射线广泛存在，而且海拔越高宇宙射线就越强烈。

2）电场电离（碰撞电离）

设有一个质量为m的带电粒子，在电场作用下被加速，当它在前进过程中撞到另一中性粒子时，就可能使之电离。有时，电子碰撞中性粒子后，既不使之电离，也不使之激励，而是附着在上面构成负离子，这种现象叫做粘合。

3）热电离

气体粒子由于高速热运动相互碰撞而产生电离。在室温下，产生热电离的可能性极小。只有当温度高达3000 - 4000K以上时，气体的热电离才显著。

注意2：若气体中含有金属蒸气，则气体的电离能比一般气体的小很多，所以，在相同温度下，还有金属蒸气的电离度大于普通气体。

由此可知，在同一温度下，当气体中含有金属蒸气时，其电离度比纯气体时高，即电导率比较大。

（3）气体放电现象的描述

方便起见，我用我上课的课件摘录来说明，见下图：

图5中提出了三个问题，答案是什么？

答案之一：电流是由宇宙射线引起的。

答案之二：因为宇宙射线在一定的海拔高度为常数，故随着电压上升但AB区域的电流基本不变。

答案之三：这里的外界因素指的是屏蔽宇宙射线。如果我们把气体放电管放入密闭的金属桶内，或者到地下隧道中，这里的宇宙射线会小很多，放电的电流值也跟着减小。

我们看到，在C点空气已经被击穿了，再往下就进入了辉光放电区域。课件摘录就到这里。

至此，关于空气被击穿的原理应当清楚了。

大家注意到空气击穿电压Uc附近的区域叫做汤逊区域。汤逊是伟大科学家，我们看百度百科中有关汤逊的描述：

3.与空气击穿有关的巴申曲线

我们看下图：

我们已经知道，海拔越高气压越低，空气的击穿电压也就越低。可见，空气的击穿电压也具有高原反应，笑！

不过，当进入真空环境中，真空度越高气体的击穿电压也越高。所以，高压和中压配电设备中有真空断路器，用于切断电流。

巴申曲线当然是巴申提出的。巴申又翻译成帕邢，也是物理大师：

有趣的是，在电学里，把帕邢翻译成巴申。有点意思吧！

关于气体放电，可参阅以下帖子：

就写到这里。

最后，我也给题主出个问题吧：

我们从图1和图3看到，空气被击穿后，它的伏安特性的特征是电流越大电压就越低，也即具有负阻特性。我们已经知道电阻具有正阻特性，那么负阻特性相比起正阻特性，有什么特性？

我将视评论区解答情况给出标准答案。