Билет №8. Представить график и дать объяснения зависимости тока в газе от величины приложенного напряжения

Газы при небольших напряженностях электрического поля об­ладают исключительно малой проводимостью. Ток в газах может возникнуть только при наличии в них продуктов ионизации: ионов и свободных электро­нов (см. п. 1.1). Ионизация нейтральных молекул газа при малых напряженнос­тях электрического поля может возникнуть только под действием внешних факторов (рентгеновские, ультрафиолетовые, космические лучи, радиоактивное излучение, а также термическое воздействие - сильный нагрев газа). Электропроводность газа, обусловленная дей­ствием внешних факторов, называется несамостоятельной.

Одновременно с процессом ионизации происходит и процесс ре­комбинации, когда часть положительных ионов вновь соединяется с отрицательными частицами и образует нейтральные молекулы. Реком­бинация препятствует безграничному росту числа ионов в газе и объяс­няет установление определенной концентрации ионов, спустя короткое время после начала действия внешнего ионизатора.

В области сильных полей ионизация может протекать по иному механизму – в результате соударения заряженных частиц (как правило, электронов) с нейтральными молекулами газа. Ударная ионизация возможна, если кинетическая энергия заряженных частиц, приобретаемая под действием электрического поля, достигает достаточно больших значений. Электропроводность газа, обусловленная ударной ионизацией, носит название самостоятельной.

Для полного описания процессов электропроводности в газах предположим, что газ находится между двумя параллельными электродами. Под действием внешних факторов в нем начнется несамостоятельная ионизация. По мере увеличения числа свободных зарядов начнет усиливаться явление рекомбинации и спустя короткое время между электродами установится баланс между явлениями несамостоятельной ионизации и рекомбинацией.

При приложении к электродам напряжения часть зарядов будет перемещаться к ним и в цепи возникнет ток. При этом будут одновременно протекать три процесса: несамостоятельная ионизация, рекомбинация и нейтрализация зарядов на электродах. По мере увеличения напряжения все больше зарядов будет нейтрализоваться и все меньше – рекомбинировать (рис. 3.2, участок 0-U_н).

Рис. 3.2. Зависимость тока в газе от величины напряжения.

При напряжении насыщения U_н все заряженные частицы, будут достигать электродов не успевая рекомбинировать, и рост тока прекратится.

При увеличении напряжения ток остается постоянным лишь до тех пор, пока ионизация осуществляется под действием внешних факторов (рис. 3.2, участок U_н- U_и). При напряжении выше U_и начинается ударная ионизация, число свободных зарядов возрастает и ток увеличивается.

Билет №9. Чем обусловлена электропроводность жидких диэлектриков.

Электропроводность жидких диэлектриков тесно связана со строением молекул жидкости. В неполярных жидкостях электропроводность зависит от наличия диссоциированных примесей, в том числе влаги (напомним, что диссоциация есть разложение молекул на несколько более простых частиц - молекул, атомов, радикалов или ионов, а также разложение сложных молекул на более простые).

В полярных жидкостях (см. п. 1.1) электропроводность определяется не только примесями, но иногда и диссоциацией молекул самой жидкости, поэтому полярные жидкости всегда имеют повышенную проводимость по сравнению с неполярными. Возрастание диэлектрической проницаемости приводит к росту проводимости. Сильнополярные жидкости, например вода, отличаются настолько высокой проводимостью, что рассматриваются уже не как жидкие диэлектрики, а как проводники с ионной проводимостью.

Очистка жидких диэлектриков от содержащи хся в них примесей заметно повышает их удельное сопротивление. При длительном ыпропускании электрического тока через нейтральный жидкий диэлектрик можно наблюдать возрастание сопротивления за счет переноса свободных ионов к электродам (электрическая очистка).

В жидкостях (и иногда в газах) с примесями иногда наблюдается молионная электропроводность, характерная для коллоидных систем, которые представляют собой смесь двух веществ (фаз), причем одна фаза в виде мелких частиц (капель, зерен, пылинок и т. п.) равномерно взвешена в другой. Из коллоидных систем в электроизоляционной технике наиболее часто встречаются эмульсии (обе фазы – жидкости) и суспензии (дисперсная фаза – твердое вещество, дисперсионная среда – жидкость). В таких системах носителями зарядов выступают группы молекул - молионы. При наложении на коллоидную систему электрического поля молионы приходят в движение, что проявляется в виде электрофореза. Молионная электропроводность присуща жидким лакам и компаундам, увлажненным маслам и т. п.

Удельная проводимость любой жидкости сильно зависит от температуры. С увеличением температуры возрастает подвижность ионов в связи с уменьшением вязкости и может увеличиваться степень тепловой диссоциации. Оба эти фактора повышают проводимость.