Первинні процеси

Первинні процеси, тобто процеси збільшення кількості носіїв, цілком пов'язані з ізолюючим матеріалом. До них відносяться, насамперед, процеси ударної іонізації електронами й фотоіонізації, які можна спостерігати в будь-якому діелектрику, а також термогенерація, характерна, як правило, для конденсованих речовин.

Ударна іонізація пов’язана з тим, що в електричному полі електрони починають переміщуватися, набуваючи при цьому додаткову енергію:

W=qUl,

де q- заряд;

Ul - різниця потенціалів на довжині вільного пробігу l.

Ймовірність іонізації нейтральної частинки при зіткненні з електроном визначається співвідношенням енергії іонізації молекули Wіі енергії, придбаної електроном на довжині вільного пробігу для непружних зіткнень (при пружних зіткненнях електрон віддає молекулі тільки m/M? - у частину своєї енергії). Кількісно інтенсивність процесу ударної іонізації характеризується коефіцієнтом ударної іонізації a, що дорівнює числу електронів, створених початковим електроном на одиницю довжини пробігу в електричному полі:

α = (1/ l )exp(-Wі /еЕ l).

З визначення a можна записати рівняння збільшення кількості носіїв у діелектрику

,

де n - концентрація носіїв.

Якщо катодом емітується n0ініціюючих електронів, то на відстані d від катода кількість електронів у проміжку досягне величини, що можна знайти інтегруванням попереднього рівняння за n від n0 до nd і за x від 0 до d

Таким чином, ударна іонізація забезпечує експоненціальний ріст числа електронів з віддаленням від катода. На процес значно впливає і коефіцієнт a, що входить у показник експоненти. Тому розглянемо більш докладно, як залежить його величина від характеристик речовини й напруженості поля.

Відповідно до визначення α з урахуванням закону подібності для розрядів у газах можна записати

де l0- довжина вільного пробігу електрона при одиничному тиску;

Р - тиск газу в проміжку.

На практиці через залежність l0 від енергії електрона й впливу електронегативності газу на значення коефіцієнта α для його розрахунку використовують емпіричне співвідношення

/3/

 

Емпіричні параметри A і В для деяких газів наведені в табл. 1.

Таблиця 1

Константи А и В для розрахунку коефіцієнта a

Газ W, A - пар іонів / МПа B - В/МПа Область застосовності E/p, В/МПа
Н2 15,4 3,68 95,6 110-440
N2 15,5 8,83 251,6 75-440
СО2 13.7 14,7 342,8 370-740
Повітря - 11,0 268,5 75-590
H2 12,6 9,56 213,6 110-740
HCl - 18,4 279,6 150-740
Не 24,5 2.2 16-110
Не 24,5 2,2 18,4 2-7
Ne 21,5 2,94 73,6 75-300 ,
Ar 15,7 10,3 132,4 75-440
Нg 10,4 14.7 272,2 150-440

 

Зіставлення даних, наведених у табл. 1, показує, що пряма кореляція між енергією іонізації й інтенсивністю ударної іонізації відсутня. Це пов'язане з істотним впливом на рух електронів у газі явища "прилипання", тобто захоплення електронів молекулами з утворенням нестабільних негативних іонів. Ефективність “прилипання” зростає зі збільшенням спорідненості молекул газу до електрона, обмежуючи довжину вільного пробігу електрона й знижуючи інтенсивність іонізації.

Точний теоретичний розрахунок коефіцієнта ударної іонізації можливий, якщо відома функція розподілу електронів у газі за енергіями і перерізу пружних і непружних взаємодій електронів з молекулами газу.?

У конденсованих середовищах основні уявлення про ударну іонізацію залишаються в основному ті ж. Спочатку електрон прискорюється в електричному полі, гублячи незначну частку своєї енергії при пружних зіткненнях і віддаючи її практично повністю при непружному зіткненні, внаслідок якого в зону провідності перекидається ще один електрон.

Фотоіонізація, як первинний процес можливий при наявності у атомів або молекул звичайних збуджених станів з енергією, що перевищує енергію іонізації окремих компонентів діелектрика, наприклад, у суміші газів. Для фотоіонізації необхідне ультрафіолетове випромінення з довжиною хвилі 1,23410-4 Wімкм.

У газі, при високій густині струму (іскровий розряд, дуга) внаслідок розігрівання електронами й іонами, температура може досягати досить високих значень (Т > 6000 K), при яких стає можливою термоіонізація.

Звичайно в газових розрядах коефіцієнт термоіонізації aт <<1 і основну роль грають ударна й фотоіонізація.

У конденсованих середовищах потрібні значно нижчі температури для термогенерації носіїв (порядку сотень - тисяч градусів Кельвіна), Тому розігрівання діелектрика в сильному електричному полі може викликати різке збільшення концентрації носіїв і привести до нестаціонарного росту струму. Нагрівання діелектрика відбувається внаслідок активних втрат енергії Р, обумовлених у постійному електричному полі електропровідністю, а в змінному - електропровідністю й релаксаційними явищами. У першому випадку

Р0=sЕ2,

де s - питома провідність діелектрика,

а в другому

Р0=wεε0 Е2tgd,

де w - частота напруги;

e - відносна діелектрична проникність ізоляційного матеріалу;

eo - діелектрична проникність вакууму (електрична стала);

tgδ- тангенс кута діелектричних втрат.

При термоактиваційному характері електропровідності величина електричної провідності експоненціально зростає при нагріванні діелектрика в результаті збільшення концентрації носіїв відповідно до формули /2/. ?

Узагальнена температурна залежність діелектричної проникності, тангенса кута діелектричних втрат tgδ і фактора втрат tgd? наведена на рис. 5.

 

Рис. 5. Температурна залежність (1). tgδ (2), фактора втрат (3) і провідності ( 4) для діелектрика з релаксаційними втратами й втратами провідності.

 

У температурній області, де переважають релаксаційні втрати, tgδ слабко залежить від температури й тільки в області дисперсії проходить через максимум. Якщо втрати обумовлені електропровідністю, то і є експоненціальною функцією температури. У вузькому температурному діапазоні ,

де t0 - температура, при якій визначене значення tgδ0.

Відповідно з визначенням до первинних процесів варто відносити тільки випадок розігрівання діелектрика внаслідок втрат провідності.

 








Дата добавления: 2015-02-10; просмотров: 816;


Поиск по сайту:

При помощи поиска вы сможете найти нужную вам информацию.

Поделитесь с друзьями:

Если вам перенёс пользу информационный материал, или помог в учебе – поделитесь этим сайтом с друзьями и знакомыми.
helpiks.org - Хелпикс.Орг - 2014-2024 год. Материал сайта представляется для ознакомительного и учебного использования. | Поддержка
Генерация страницы за: 0.009 сек.