38.Электропроводность газообразных диэлектриков

Электропроводность газообразных диэл. Электропроводность газов обычно не хуже 10-13 См/м В области слабых электрических полей носители заряда в газах появляются в результате воздействия на нейтральные молекулы газа быстрых частиц, квантов света, радиоактивного, ультрафиолетового и других излучений. В результате часть нейтральных молекул распадается на положительные ионы и электроны. Электроны в большинстве случаев захватываются другими нейтральными молекулами, образуя отрицательные ионы, которые участвуют в общем тепловом движении. Некоторая часть электронов, встречаясь с положительными ионами, рекомбинирует, образуя нейтральные частицы, при этом выделяется рекомбинационное излучение в виде квантов света. На длине свободного пробега ионы получают от электрического поля дополнительную скорость. Достигая противоположно заряженных электродов, носители заряда нейтрализуются на них и в цепи возникает электрический ток.Также фактором, определяющим проводимость газов, является космическое излучение. Проводимость воздуха за счет естественной ионизации составляет s ~10-14 См/м. Вольт-амперная характеристика имеет три характерные зоны - омическое поведение, насыщение, экспоненциальный рост. Диэлектрические потери незначительны и их стоит учитывать только в третьей области.

.

40.Электропроводность твердых диэлектриков

Электропроводность твердых тел обусловлена как передвижением ионов самого диэлектрика, так и ионов случайных примесей, а у некоторых материалов может быть вызвана наличием свободных электронов. Вид электропроводности устанавливают экспериментально, используя закон Фарадея. Ионная электропроводность сопровождается пере­носом вещества на электроды. При электронной электропроводности это явление не наблюдается. В процессе прохождения электрического тока через твердый диэлектрик содержащиеся в нем ноны примесей могут частично удаляться, выделяясь на электродах; последнее с течением времени приводит к уменьшению проводимости тока. В твердых диэлектриках ионного строения электропроводность обусловлена главным образом перемещением ионов, вырываемых из решетки под влиянием флуктуации теплового движения. При низких температурах передвигаются слабо закрепленные ионы, в частности ионы примесей. При высоких температурах движутся основные ионы кристаллической решетки. В диэлектриках с атомной или молекулярной решеткой электропроводность зависит от наличия примесей. Удельная проводимость (в См-м ^-1) при температуре Т: γ=q*M_T*N_T, где q — заряд носителя; N_T — число носителей в единице объема (концентрация), м^-3; M_T — подвижность. При относительно невысоких напряженностях электрического поля концентрация носителей заряда и подвижность и не зависят от Е, т. е. скорость их перемещения v пропорциональна напряженности поля: v = M*E — соблюдается закон Ома.

Подвижность электронов на много порядков больше, чем подвижность ионов. При ионной электропроводности число диссоциированных ионов находится в экспоненциальной зависимости от температуры: N_r = N ехр [-Э_Д/( кТ)], где N — общее число ионов в 1 м³; Э_Д — энергия диссоциации; kT — тепловая энергия. Подвижность нона также выражается экспоненциальной зависимо­стью от температуры: M = M_max ехр (-Э_ПЕР/(кТ)), где M_max — предельная подвижность иона; Э_ПЕР — энергия перемеще­ния иона, определяющая переход его из одного неравновесного положения в другое. Подставляя M_T и N_T в формулу для удельной проводимости и объединяя постоянные N, q и M_max одним коэффициентом А, имеем: γ = А ехр (— b/Т), где b = (Э_Д +Э_ПЕР)/А.

Формула показывает, что чем больше значения энергии диссоциации и перемещения, тем резче изменяется проводимость при изменении температуры. Ввиду того, что обычно Э_Д Эпер, температурная зависимость проводимости определяется главным образом изменением концентрации носителей. Величина b для твердых веществ лежит в пределах 10000- 22000 К.

Если в диэлектрике ток обусловлен передвижением разнородных ионов, то: γ = ехр (—Э_і/Т). Собственная электропроводность твердых тел и изменение ее в зависимости от температуры определяются структурой вещества и его составом. В телах кристаллического строения с ионной решеткой электропроводность связана с валентностью ионов. Кристаллы с одновалентными ионами обладают большей удельной проводимостью, чем кристаллы с многовалентными ионами. В анизотропных кристаллах удельная проводимость неодинакова по разным его осям. В кристаллических телах с молекулярной решеткой (сера, алмаз) удельная проводимость мала и определяется в основном примесями.