Электропроводности газов

Характер электропроводности диэлектрических материалов обусловливается состоянием вещества: газообразным, жидким или твердым, а также зависит от влажности и температуры окружающей среды, от напряженности поля в образце.

Газы при небольших значениях напряженности электрического поля обладают исключительно малой проводимостью. Ток в газах может существовать только при наличии в них ионов или свободных электронов, которые возникают в результате ионизации молекул газа. Ионизация происходит либо под действием внешних факторов, либо вследствие соударений ионов и электронов, ускоренных электрическим полем, с молекулами газа (ударная ионизация).

К числу внешних факторов, вызывающих ионизацию газа, относятся рентгеновские лучи, ультрафиолетовые лучи, космические лучи, радиоактивное излучение, а также термическое воздействие (сильный нагрев газа). Электропроводность газа, обусловленная действием внешних ионизаторов, называется несамостоятельной электропроводностью газа.

Ударная ионизация возникает в газе в тех случаях, когда кинетическая энергия заряженных частиц, приобретаемая под действием электрического поля, достигает достаточно больших значений.

Электропроводность газа, обусловленная ударной ионизацией, носит название самостоятельной. Одновременно с ионизацией происходит обратный процесс – рекомбинация. Явление рекомбинации заключается в том, что часть положительных ионов, соединяясь с отрицательными частицами, образует молекулы.

Рекомбинация препятствует безграничному росту числа ионов в газе и приводит к тому, что спустя короткое время после начала действия внешнего ионизатора устанавливается определенная концентрация ионов.

На рис. 2.2.3 показан характер зависимости тока в газе от напряжения. При напряжениях, меньших U_кр. число ионов и электронов можно считать не зависящим от величины напряжения на газовом промежутке. Электрическое поле обусловливает направленность движения заряженных частиц. Начальный участок кривой до напряжения U_нас, соответствующего току насыщения, определяет область выполнения закона Ома, когда ток пропорционален напряжению, а плотность тока пропорциональна напряженности поля.

По мере возрастания приложенного напряжения скорость направленного движения заряженных частиц увеличивается, степень рекомбинации уменьшается и при некотором напряжении U_нас все ионы и электроны, создаваемые внешними ионизаторами, разряжаются на электродах.

Очевидно, что дальнейшее увеличение напряжения уже не будет вызывать возрастания тока, что соответствует горизонтальному участку кривой рис. 2.2.3 (ток насыщения при напряжениях от U_нас до U_кр).

В нормальных условиях и при расстоянии между электродами, равном 1 см, ток насыщения достигается в воздухе при напряженности поля около 0,6 В/м. Реальное значение величины плотности тока насыщения в воздухе весьма мало и составляет величину порядка 10^-15 А / м ². Поэтому воздух можно рассматривать как совершенный диэлектрик до тех пор, пока не создадутся условия для появления ударной ионизации.

При возникновении ударной ионизации появляется самостоятельная электропроводность (выше U_кр на рис. 2.2.3), и с возрастанием напряжения ток вновь начинает увеличиваться.

Дата добавления: 2014-01-20