Электропроводность газообразных диэлектриков

В области слабых электрических полей носители заряда в газах появляются в результате воздействия на нейтральные молекулы газа быстрых частиц, квантов света, радиоактивного, ультрафиолетового и др. излучения. Часть нейтральных молекул газа при этом 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 зарядов нейтрализуются на них, и в цепи возникает электрический ток.

Вольт-амперная характеристика газообразного диэлектрика для слабых и средних полей (до 10⁶ В/м)

 

 

На участке оав приближенно соблюдается закон Ома.), так как концентрация носителей заряда сохраняет постоянное значение вследствие равновесия между процессами ионизации и рекомбинации, и распределение потенциала линейно. Закон Ома выполняется в очень слабых полях до значений Е~1В/м. На участке ее (насыщение) скорость носителей заряда достигает значений, при которых они не успевают рекомбинировать и почти все достигают электродов. В постоянном поле в этом случае накапливается объемный заряд— положительный у катода, отрицательный у анода. Разряд на участке оавс называют несамостоятельным. На участке с а начинается ударная ионизация молекул электронами. Эта область сильных полей (для воздуха Е~10⁶ В/м) связана с самостоятельным разрядом. При напряженности Епр газ пробивается (самостоятельный разряд).

 

Электропроводность жидких диэлектриков

Основную роль в жидких диэлектриках играют два типа электропроводности: ионная и молионная.

В неполярных и слабополярных жидкостях носителями заряда в основном являются ионы, возникающие при диссоциации молекул примесей. Степень диссоциации (отношение числа диссоциированных молекул к общему числу молекул жидкости) зависит от химической природы примесей, концентрации и диэлектрической проницаемости. Степень диссоциации возрастает с увеличением ε. Собственная электропроводность наблюдается при диссоциации молекул жидкости с ионным характером связи.

 

Электронная электропроводность может наблюдаться в сильных полях при эмиссии электронов с катода в тщательно очищенных от примесей жидкостях.

Молионная электропроводность характерна для коллоидных растворов, например для многих электроизоляционных лаков в неотвержденном состоянии, содержащих мелкодисперсный наполнитель, пигмент и др. Знак заряда частицы будет положительным, если диэлектрическая проницаемость частиц — больше ε растворителя и наоборот. Такие заряженные частицы называют молионами.

Удельное сопротивление жидкостей уменьшается с ростом температуры по экспоненциальному закону

ρ=В·ехр(W/кТ), (3.2.8)

где В - константа, W - энергия диссоциации, к - постоянная Больцмана. По аналогичному закону изменяется и вязкость жидкости.

Для неполярных жидкостей (бензол, трансформаторное масло) ρ>10¹⁰ - 10¹³ Ом·м, для слабополярных (совол, касторовое масло) ρ=10⁸-10¹⁰ Ом·м, для сильнополярных (дистиллированная вода, этиловый спирт, ацетон) ρ=10³-10 Ом·м. Закон Ома в жидкостях нарушается в сильных полях. Возможные причины: диссоциация молекул жидкости, приводящая к резкому росту концентрации ионов; увеличение подвижности ионов; автоэлектронная эмиссия электронов с катода в тщательно очищенных жидкостях.