3. Электропроводность газообразных диэлектриков

Электропроводность газообразных диэлектриков обусловлена наличием в них заряженных частиц – ионов и электронов. В зависимости о причин, вызывающих ионизацию молекул газа, различают электропроводность несамостоятельную и самостоятельную.

Ионизация – это процесс, когда под действием ионизирующего излучения (рентгеновских, космических или солнечных лучей, радиоактивного облучения и т.п.) или сильного электрического поля молекула газа теряет электрон и превращается в положительный ион. Высвобождаемый электрон может «прилипнуть» к нейтральной молекуле, образуя отрицательный ион. При этом суммарн6ый положительный заряд равен суммарному отрицательному заряду.

Несамостоятельная электропроводность осуществляется за счет ионов и электронов, образующихся в результате ионизации, вызванной внешним энергетическим воздействием, таким, как космические и солнечные лучи.

Самостоятельная электропроводность обусловлена ионами и электронами, образующимися в сильных электрических полях (Е) в результате электронной ударной ионизации (соударения заряженных частиц). Ударная ионизация возникает в газе, если если кинетическая энергия заряженных частиц, приобретаемая под действием электрического поля, достигает достаточно больших значений.

Поля, вызывающие ионизацию газов, считают сильными, а не вызывающие ионизацию – слабыми. Напряженность, разделяющую слабые и сильные поля, называют критической напряженностью Е_кр.

Одновременно с процессом ионизации протекает обратный процесс – рекомбинация, когда разноименные заряды образуют нейтральную молекулу. Рекомбинация препятствует безграничному росту концентрации ионов и электронов. Между процессами ионизации и рекомбинации устанавливается равновесие, которое может быть смещено в ту или иную сторону путем изменения интенсивности внешнего энергетического воздействия или напряженности приложенного электрического поля.

Зависимость j от e в широком интервале

Рассмотрим зависимость плотности тока j газообразного диэлектрика от напряженности электрического поля в широком интервале E (рисунок 3.5). На участке ОАБ наблюдается несамостоятельная электропроводность, а на участке БВ – самостоятельная. В слабых электрических полях до значения E=E_н плотность тока линейно возрастает с увеличением напряженности поля. Следовательно здесь выполняется закон Ома. На участке ОА по мере роста напряженности поля плотность тока растет, так как увеличивается число ионов и электронов, участвующих в его образовании. Часть электронов уносится к электродам, часть рекомбинируется. По мере возрастания приложенного напряжения ионы уносятся к электродам сильнее, все меньше успевая рекомбинировать, и начиная с EE_н, рекомбинация становится практически равной нулю. С этого момента (участок АБ) все образующиеся под действием внешнего энергетического воздействия ионы и электроны будут разряжаться на электродах, обуславливая ток насыщения j_н, который при дальнейшем увеличении Е остается постоянным.

Самостоятельная электропроводность возникает в области сильных полей. Возрастание тока при EE_кр (участок БВ) обусловлено увеличением числа носителей заряда (электронов и ионов) в результате электронной ударной ионизации, и эмиссии электронов с катода. При E_пр возникает пробой, в этом состоянии газ утрачивает свои электроизоляционные свойства, так как между электродами образуется плазменный газоразрядный канал проводимости.

И в заключении можно сказать, электропроводность газов обуславливается наличием свободных зарядов, которые возникают в результате действия внешних ионизаторов.