- •1. Классификация материалов по агрегатному состоянию, структуре, типу химической связи, электрическим свойствам.
- •3 Вида взаимодействия:
- •2. Классификация, строение и свойства металлов и сплавов. Кривые плавления (кристаллизации).
- •6. Классификация, маркировка, свойства и применение сталей.
- •7. Применение проводниковых материалов (металлов и сплавов) в приборостроении и медико-биологической практике (диагностика, терапия, эндопротезирование).
- •11. Особенности электропроводности композиционных биологических сред (органов и тканей); дисперсия электропроводности. Компартментализация субклеточной среды.
- •12. Механизмы поляризации диэлектриков. Относительная диэлектрическая проницаемость.
- •15. Применение сегнетоэлектриков в радиоэлектронике и биомедицинской технике.
- •18. Электрическая прочность диэлектриков и ее характеристики. Особенности пробоя газообразных диэлектриков. Зависимость Епр от давления, формы электродов и расстояния между ними.
- •19. Физическая природа и механизмы пробоя твердых диэлектриков. Влияние температуры, частоты электрического поля на Епр твердых диэлектриков.
- •20. Пробой твердых диэлектриков.
- •21. Применение диэлектрических материалов (полимеров, эластомеров, стекол, керамики) в медицине и биомедицинской практике (диагностика, терапия, эндопротезирование).
- •24. Потери энергии в магнитных материалах
- •25. Магнитомягкие материалы для постоянных и низкочастотных магнитных полей. Магнитомягкие материалы для высоких и сверхвысоких частот.
18. Электрическая прочность диэлектриков и ее характеристики. Особенности пробоя газообразных диэлектриков. Зависимость Епр от давления, формы электродов и расстояния между ними.
В твердых диэлектриках различают три основных вида пробоя: электрический, электротепловой и электрохимический. Возникновение того или иного вида пробоя в диэлектрике зависит от его свойств, формы электродов, условий эксплуатации.
Надежность и долговечность электрической изоляции проводов, диэлектрика конденсатора и других деталей радиоэлектронной аппаратуры зависят от электрической прочности диэлектрика. Пробоем называется потеря диэлектриком электроизолирующих свойств материала в канале, образующемся между электродами, под действием электрического поля. Напряжение, при котором происходит пробой, называется пробивным напряжением (Uпр).
Электрическую прочность диэлектрика Eпр в однородном электрическом поле определяют величиной пробивного напряжения Uпр, отнесенной к толщине диэлектрика d (расстоянию между электродами):
, В/м. (2.10)
Величина Eпр характеризует способность диэлектрика противостоять разрушающему действию электрического поля.
Пробой газообразных диэлектриков
Газообразные диэлектрики широко применяются в газонаполненных и вакуумных конденсаторах. Воздух является хорошим изолятором, но только в слабых полях. Электрическая прочность газообразных диэлектриков не превышает 2–3 МВ/м. Процесс пробоя обусловлен лавинным умножением электронов под действием ударной ионизации и фотоионизации.
При увеличении напряженности электрического поля Е электроны на длине свободного пробега λ приобретают энергию W=e λ E, достаточную для ионизации молекул газа: W≥ Wu (Wu - энергия ионизации, е - заряд электрона). Энергия ионизации – это наименьшая энергия, которую нужно затратить для отрыва одного электрона от нейтральной молекулы (атома). В результате при столкновении с молекулами и атомами «первичные» электроны порождают новые электроны. «Вторичные» электроны под действием поля, в свою очередь, вызывают ионизацию молекул газа. В результате этого процесса число электронов в газовом промежутке, лавинообразно нарастая, очень быстро увеличивается. Электроны распределяются в межэлектродном пространстве в виде компактного облачка, называемого электронной лавиной.
Известны два механизма пробоя газов: лавинный и лавинно-стримерный.
При лавинном механизме ударная ионизация электронами сопровождается вторичными процессами на катоде, в результате которых заряды в газовом промежутке восполняются. Пробой газа сопровождается образованием серии лавин, причем каждая вновь образующаяся лавина по сравнению с предыдущей содержит большее число электронов - происходит «раскачивание» электронных лавин. Лавинный пробой, как правило, развивается в течение относительно длительного времени (более 1 мкс) и не характерен для импульсных напряжений.
При лавинно-стримерном механизме на развитие пробоя существенно влияет совместное действие поля пространственного заряда лавины и фотоионизации в объеме газа.
Рис. 2.13. Схематическое изображение распространения стримера при пробое газа
Электрическая прочность газов уменьшается с ростом расстояния между электродами, имеет немонотонную зависимость от давления с минимумом, соответствующим давлению, близкому к атмосферному.