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 E E_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 E E_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.

Таким образом, на основании представленной зависимости, мы сделали заключение о том, что электропроводность газов обуславливается наличием свободных зарядов, которые возникают в результате действия внешних ионизаторов.

ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ ЖИДКИХ ДИЭЛЕКТРИКОВ

В жидких диэлектриках наблюдаются в основном ионная и электрофоретическая проводимости. В области сильных электрических полей к этим видам проводимости добавляется электронная составляющая.

Ионная проводимость

Ионная проводимость обусловлена дрейфом — направленным движением положительных и отрицательных ионов под действием приложенного электрического поля и разряжением их на электродах. Ионы образуются в результате электролитической диссоциации (распада) ионогенных веществ (ионной примеси) под действием полярных молекул среды (растворителя). Ионогенная примесь между атомами (ионами) имеет химическую связь: ионную (например, NaCl) или ковалентную, сильно полярную (например, Н₂О).

Если примесь имеет ионную связь (например, NaCl), то механизм электролитической диссоциации выглядит так, как показано на рис. 3.6. Полярные молекулы растворителя (внешней среды) притягиваются ионами, находящимися в узлах кристаллической решетки, ориентируются возле этих ионов и, в свою очередь, притягивают их к себе. Притягивая ионы решетки к себе, молекулы растворителя ослабляют связь между ними, в результате чего ионы отделяются от решетки и переходят в растворитель. Переходящие в растворитель ионы остаются связанными с его полярными молекулами.

Рис. 3.6. Механизм электролитической диссоциации примеси с ионной связью

Если примесь состоит из полярных молекул, то полярные молекулы растворителя (среды) ориентируются вокруг диссоциируемой молекулы и ослабляют ковалентную связь между ее атомами (рис. 3.7). В результате молекула распадается на ионы, которые остаются связанными с полярными молекулами растворителя.

Рис. 3.7. Механизм электролитической диссоциации примеси, состоящей из свободных полярных молекул

Процесс электролитической диссоциации обратим и приводит к состоянию равновесия между недиссоциированными молекулами и ионами

Электролитическая диссоциация происходит в отсутствие электрического поля, а ее величина - степень диссоциации - зависит от следующих факторов:

1) полярности () диссоциируемой молекулы,

2) полярности () среды,

3) температуры.

Чем больше полярность диссоциируемых молекул, полярность среды и чем выше температура, тем больше степень электролитической диссоциации и, следовательно, выше концентрация ионов и ниже удельное сопротивление диэлектрика.

В жидких неполярных диэлектриках ионы могут образовываться двумя путями: в результате электролитической диссоциации ионогенной примеси (например, воды), попавшей в диэлектрик при его получении и эксплуатации, а также в результате электролитической диссоциации свободных органических кислот и воды - продуктов термоокислительной деструкции (старения) самого вещества. В жидких полярных диэлектриках ионы, кроме того, образуются еще за счет диссоциации собственных полярных молекул.