电介质物理_徐卓、李盛涛-第十八讲 气体电介质的击穿.pdf

第十九讲 气体电介质的电导与击穿 一电介质中的电荷输运 1 电导和击穿的一般概念 电介质电导（漏导）：任何电介质都不是理想绝缘体，在电场作用下， 总有一定电流流过，这就是电介质的电导。这种电流很小，因此也称电 介质的漏导。 电阻率： 其中l，A ，R分别为电介质长度，截面积和电阻。 1 电导率：   理想介质：   7 18 实际介质： ρ 为 10 ~10 Ω ·m 实际电介质中，或多或少存在一定的自由带电粒子，这些带电粒子运动可分 为：  无电场时： 热运动  加电场E时： 热运动+定性迁移→ 电流 在电场作用下正负载流子的迁移平均速率为： v  E 其中µ+和µ-为正负载流子的迁移率，即平均电场强度作用下   正负载流子在电场方向平均迁移速率。 v  E   若正负载流子浓度为n 和n ，且n =n =n ，载流子电量为q ，则： + - + - 电流： I qn v A qn v A qn(v v )A       I 电流密度： j qn(v v ) qn(  )E E     A 上式中γ=qn （µ +µ ）即电介质的电导率。 + - 载流子和电导种类： 载流子种类包括：电子（空穴）、离子（格点）或胶粒。 相应的电导分类：  电子电导（包括空穴电导）：载流子是电子（空穴）。  离子电导（包括空格点电导）：载流子是正离子或负离子或 空格点；离子 电导是电介质电导的主要形式。  电泳电导：载流子是液体电介质中的带电胶粒。 电介质电导与电场强度关系：  在电场不太高的情况下 n 、q 、µ+和µ- 是与电场E无关的 常数，因此电导率γ也是与电场E无关的常数。电介质的电 导服从欧姆定律。  当电场强度相当高时，电介质的电导不服从欧姆定律，电导 率不再是常数， 电介质固有绝缘性被破坏，变成导体。 这种由电场直接作用才生的电介质破坏，称为电击穿。发生 击穿的临界电压称为击穿电压。相应的临界电场称为击穿 场强。 2 均匀电场和非均匀电场： 电场大小和方向处处相同的电场称为均匀电场，否则称为非均匀电场。 均匀场：平板电极中间电场 电场{ 稍不均匀场：球状电极间距不大于半径的间隙电场 非均匀场{ 极不均匀场：针板和针针间隙电场 电场不均匀系数： 电场不均匀系数是表征电场均匀性的参数，定义为最大场强Emax与平均场强Eav 的比值。 f E max E av E U d av 二 气体的电导和放电 1 带电粒子的产生和消失 1）气体中带电粒子的产生和消失： a) 激发和电离： 激发：处于正常状态的原子、分子和离子，当获得一定能量时，其电 子，通常为最外层价电子跃迁到较高能级上的过程。激发所需要的能 量称为激发能 （W ）。激发能也可用激发电位(U) 表示，U =W /e 。