Электрический пробой

Опубликовано 13.02.2010 Ведущий Антон Степанов

Мы привыкли считать, что в обычных условиях, электрический ток передается в проводниках, материалах, имеющих достаточное количество свободных зарядов. К ним мы относим, например металлы, жидкости. Диэлектрики же ток не проводят. Поэтому питание электроприборов осуществляется с помощью металлического кабеля, а его изоляция сделана из непроводящего ток материала. Или, например, привычно для нас, что воздух не проводит ток и не прикасаясь к проводнику под напряжением мы можем не опасаться удара током.
На самом деле, существуют условия, при которых ток так же способен проводится в среде изначально не являющейся электропроводной. Общее название таких процессов, приводящих к резкому возрастанию силы тока в неэлектропроводных средах, называют Электрическим Пробоем.
Электрически пробой может возникнуть в жидких, твердых диэлектриках. Это происходит при достижении некого значения величины напряженности приложенного электрического поля. Напряженность пробоя часто составляет 10 в 5ой, 10 в 6ой степени в/см. Чем более неоднородна структура диэлектрика, тем ниже эта величина, которую называют Электрической прочностью.
В сильном электрическом поле носители заряда приобретают энергию достаточную для ионизации кристаллической решетки. В результате взаимодействия этих носителей, после каждого столкновения образуется новая электронно дырочная пара, которая так же начинают участвовать в взаимодействии. Возникает лавинный эффект. При достижении критических условий, в диэлектрике возникает проводящий канал, в котором плотность тока значительно выше, чем в среднем. Значит, при увеличении числа участвующих во взаимодействии заряженных частиц в диэлектрике проявляются свойства проводника и происходит электрический пробой.
Возможен электрический пробой и в вакууме. В результате электронно ионной эмиссии, а так же вторичной электронной эмиссии. Т.е. из-за испускания заряженных ионов с поверхности электродов, а так же испускания электронов, как их называют, вторичных, при бомбардировке твердого тела первичными электронами. Эти процессы приводят к увеличению числа заряженных частиц и прохождению через вакуум электрического тока, т.е. пробою.
Проводимость электрического тока газами зависит от многих факторов, таких как, например, давление. Существует несколько типов разрядов в газах, но электрический пробой является начальной фазой этих процессов. Для разных типов разрядов различен и механизм формирования пробоя. Напряженность пробоя воздуха порядка 3 МВ/м.
Что на практике происходит вследствие электрического пробоя. Сам процесс очень кратковременный, происходит за доли секунды. Часто он имеет крайне отрицательные последствия. Пробой в твердых диэлектриках приводит к их разрушению. Порче кристалла, вывода из строя изоляции.
Пробой в газах мы часто можем наблюдать в природе. А результатом процесса может являться искра или ее частный случай - молния.
Кроме того, явление можно использовать и во благо. Пробой на свече зажигания двигателя позволяет завести его. Электрическая дуга, имеющая температуру выше температуры плавления всех существующих металлов, является так же следствием пробоя. Это применяется в электросварке.
Многие электронновакуумные приборы так же используют механизм электрического пробоя.
Физика электрического пробоя, особенно для газов достаточно сложна и описана в специализированной литературе, а сейчас я рассказал об основах этого явления.