Электропроводность газообразных диэлектриков

Сопротивление газообразных диэлектриков (Н₂, O₂, N₂, SF₆ и др.) очень велико. Например, для воздуха ρ_v составляет 10¹⁸ Ом·м.

Рассмотрим зависимость плотности тока j от напряженности поля E для газообразных диэлектриков (рис. 10.3).

Рис.10.3. Зависимость плотности тока j от напряженности поля E для газообразных диэлектриков

В области слабых электрических полей (Е < Е _кр) имеет место так называемая несамостоятельная электропроводность. Носителями зарядов здесь являются ионы и электроны. Ионы и электроны образуются путем ионизации нейтральных молекул газа в результате внешних энергетических воздействий: космического излучения, излучения Солнца, Земли, нагрева и т.п.

Ионизация – отрыв или присоединение («прилипание») к нейтральным атому или молекуле одного или нескольких электронов. Ионизация сопровождается образованием ионов (положительных и отрицательных) и электронов, например:

	h ν, t

O₂ → O₂⁺ + e (12)

O₂ + e = O₂^-. (13)

На участке I (Е < Е _н)_{_} в газе одновременно протекают три процесса:

1 - ионизация молекул газа;

2 - рекомбинация зарядов – процесс обратный ионизации, например, образование нейтральной молекулы из положительного иона и электрона:

O₂⁺ + e → O₂; (14)

3 - движение зарядов под действием электрического поля с разряжением их на электродах.

На этом участке соблюдается закон Ома j = σЕ. Плотность тока j линейно увеличивается при увеличении Е за счет увеличения скорости движения зарядов к электродам (v_i = а_i E).

На участке насыщения II (Е _н < Е < Е _кр) рекомбинация зарядов прекращается, все образующиеся в результате ионизации заряды разряжаются на электродах, обуславливая ток насыщения j _н:

j _н = Nqh, (15)

где N – число зарядов, образующихся в 1с в единице объема газа, q- величина заряда, h – расстояние между электродами.

В области сильных электрических полей (участок III) (Е > Е _кр) имеет место самостоятельная электропроводность. Возрастание плотности тока здесь обусловлено увеличением числа носителей зарядов (электронов и ионов) в результате электронной ударной ионизации, внутренней фотоионизации и холодной эмиссии электронов из катода.

Холодной эмиссией электронов называется процесс испускания электронов металлами под действием электрического поля.

Процессы электронной ударной ионизации и внутренней фотоионизации будут рассмотрены при изучении раздела «Пробой диэлектриков».

При Е = Е _пр происходит пробой газа, то есть он утрачивает электроизоляционные свойства, так как между электродами образуется плазменный канал проводимости.

С увеличением температуры удельная проводимость газов возрастает в результате увеличения концентрации n и подвижности а электронов и ионов (см. формулу 3):

(16)

где W _и – энергия ионизации атомов или молекул газа.

Дата добавления: 2017-01-13