30. Электропроводность газов
Все газы, том числе и металлы в газообразном состоянии являются диэлектриками.
Носители заряда появляются в газе при его ионизации, обусловленной радиационным излучение земли, радиацией проникающей из космоса, нагрева и т.д. Поскольку ионизация это отщепление от атомов и молекул газа электронов, то положительные и отрицательные ионы образуются в результате либо присоединения дополнительного электрона к нейтральной молекуле (ион–), либо отрыва электрона от нейтральной молекулы (ион+). Соответственно свободные ионы совершают безупорядоченные тепловые движения и вследствие диффузии происходит выравнивание концентрации ионов в газе. При встрече разноименных носителей зарядов происходит их рекомбинация. В среднем за достаточно длительное время при определенных условиях наступит равновесное состояние, т.е. количество возникающих свободных зарядов равно количеству рекомбинирующих. При наложении на газовый промежуток электрического поля часть зарядов не успев рекомбинировать достигает соответствующих электродов, обуславливая тем самым процесс электропроводности в газе.
При на наложении газ промежуточного электрического поля:
;
,
где n- и n+ - концентрация положительных и отрицательных зарядов;
- коэффициент рекомбинации, показывающий какое количество частиц рекомбинирует в единицу времени.
;
.
По закону Ома:
,
тогда
.
Для того, чтобы воспользоваться этой формулой необходимо знать + и – , а также коэффициент рекомбинации и количество рекомбинируемых частиц np.
Как правило эти параметры известны:
|
газ |
+, 104 м2/Вс |
–, 104 м2/Вс |
|
H2 |
6 |
8 |
|
He |
5 |
6,3 |
|
N2 |
1,27 |
1,84 |
|
O2 |
1,3 |
1,8 |
|
Пары H2O при t=100 0C |
0,62 |
0,56 |
Пусть средняя скорость теплового движения – СТ, длина пробега - , тогда:
.
а – ускорение частиц под полем:
.
Vk
– скорость перед столкновением (конечная
скорость):
.
,
где Vн – начальная скорость частиц (Vн=0).
где n - концентрация,
d – диаметр частиц.
31.Вольтамперная характеристика газа
При малой напряженности электрического поля (участок 1) поле практически не нарушает равновесие между процессами ионизации и рекомбинации ионов. Поэтому количество рекомбинируемых ионов постоянно, подвижность также постоянна и соответственно:
,
jE, - это участок закона Ома.
На участке 2 закон Ома уже не соблюдается, это связано с тем, что с увеличением напряженности электрического поля уменьшается вероятность их рекомбинации и практически все ионы (как положительные, так и отрицательные) не спев рекомбинировать достигают соответствующих электродов. Этот участок называется участком токонасыщения.
,
где h – толщина газового промежутка;
- общее количество
ионов;
n - количество ионов ушедших на электрод;
n - количество рекомбинировавших ионов.
;
т.к. на участке 2 рекомбинации нет, то=0.
.
На участке 3 j вновь растет, т.к. возникает возможность увеличения концентрации заряженных частиц из-за развития процессов ударной ионизации, т.е. поле начинает вырывать электроны, тем самым увеличивая количество носителей заряда. Однако если убрать внешние источники ионизации, то ток резко уменьшится, т.е. на участке 3 процессы ударной ионизации не играют решающей роли и соответственно участок 3 называется участком несамостоятельного, таундсендовского разряда.
Механизм электропроводности жидких диэлектриков достаточно сложен. Недостаточно изучена природа носителей заряда в жидких диэлектриках. Поэтому для описания явлений в жидких диэлектриках используют несколько теорий. Основной теорией принято считать теорию электропроводности Френкеля.