Электропроводность диэлектриков

Виды электропроводности диэлектриков

В зависимости от природы носителей заряда различаются следующие виды электропроводности:

- электронная, проводимость не зависит от времени;

- ионная, прохождение тока через вещество сопровождается электролизом, проводимость уменьшается со временем;

- молионная, носителями зарядов являются заряженные группы молекул, прохождение тока через вещество сопровождается явлением электрофореза, проводимость уменьшается со временем;

- смешанная электропроводность, когда носителями заряда являются электроны и ионы одновременно или другие носители.

Выделим в однородном диэлектрике с носителями заряда одного знака куб (рис. 1),

Заряд куба равен

Q = n_*q,

где: n – число носителей заряда в единице объема;

q – заряд носителя.

При наличии электрического поля плотность тока равна количеству электричества, протекающего в единицу времени через поперечное сечение куба, т.е.

j= qn_*V_ср

где: V_ср – средняя скорость движения носителей. C другой стороны закон Ома в дифференциальной форме имеет вид

j = γ E

где: γ – объемная удельная проводимость вещества.

Тогда

qn_*V_ср = γ_*E; γ= _*nq = nq_*µ

здесь µ - подвижность носителей, т.е. средняя скорость движения носителей на единицу напряженности электрического поля.

Если в создании тока участвуют носители заряда разных типов, то

 

Характер электропроводности и величина удельной проводимости зависят от химического состава вещества, его строения, агрегатного состояния, температуры, материала электродов, напряженности поля.

Электропроводность газов

Ионизация нейтральных молекул газа происходит либо под действием внешних факторов (рентгеновские, ультрафиолетовые, космические лучи и т.д.), либо вследствие соударения заряженных частиц с молекулами. Электропроводность газов, обусловленная действием внешних факторов, называется несамостоятельной. График зависимости плотности тока j, протекающего через газ, от напряженности поля E показан на рис. 2.

Здесь участок 1 – несамостоятельная проводимость, закон Ома выполняется, концентрация носителей заряда постоянна. Для воздуха E₁ = 0,006 . Участок 2 – несамостоятельная проводимость, закон Ома не выполняется, все ионы уходят на электроды, не успевая рекомбинировать. Участок 3 – самостоятельная проводимость, обусловленная действием ударной ионизации. Для воздуха E₂ ≈ 10^-19 .

Проводимость газов зависит от температуры. Типичный график этой зависимости представлен на рис. 3. Этот график аппроксимируют формулой

где: ∆ E – энергия ионизации молекул газа;

k – постоянная Больцмана: k =8,6_*10^-5 ; T – абсолютная температура.

Как видно, с ростом температуры проводимость возрастает (вследствие увеличения концентрации носителей заряда).

Так как lnγ = ln A , то при T → ∞ lnγ = ln A.

Это уравнение является уравнением прямой в отрезках координат типа y = ax + b. Здесь b = lnγ, x = , a= . Отсюда энергия ионизации молекул газа D E = k × tg j. Знак “-” говорит о том, что угол j находится во второй четверти, где tg j отрицателен.