Теория пробоя твердых диэлектриков при помощи ударной ионизации - Реферат

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский Политехнический Университет Кафедра - Кафедра электроэнергетических системТепловой пробой возможен при приложении к образцу напряжения, меньшего, чем пробивное, когда относительно слабый электрический ток изза ненулевой исходной электропроводности вызывает постепенный джоулев разогрев образца и его результирующее тепловое разрушение - с формированием канала высокой проводимости. Авторы [2] говорят еще об электрохимическом пробое, изза «электрического старения» изоляции, но этот тип пробоя можно считать частным случаем теплового.На механизмы пробоя диэлектриков существенное влияние оказывает неоднородность их структуры, обусловленная природой исходного сырья, наличием посторонних включений и загрязнений, несовершенством процессов технологической обработки и пр. Можно утверждать, что диэлектрики, имеющие неоднородности в своей структуре (поры, микротрещины, инородные включения), встречаются в электротехнике гораздо чаще, нежели материалы с однородной структурой. Широта промышленного использования диэлектриков позволяет определить задачу исследования - проанализировать механизмы пробоя твердых диэлектриков и влияние неоднородности структуры диэлектрика на его прочность Электрический пробой твердых диэлектриков происходит, как правило, в результате перенапряжений и может протекать в диэлектриках с однородной структурой, когда практически исключено влияние тепловых процессов, электрическое старение и частичные электрические разряды в порах изоляции и на ее поверхности. За свою достаточно долгую историю физика диэлектриков обогатилась большим количеством разнообразных теорий электрического пробоя, в большей или меньшей степени согласующихся с экспериментальными данными (рис.Такое положение дел обусловлено, на наш взгляд, неадекватными ортодоксальными представлениями о физических принципах, определяющих структуру твердых тел - и, как следствие, непониманием причины различий в электропроводности у твердых проводников и твердых диэлектриков.Но считается, что, при тесном соседстве N атомов, каждый квантовый уровень энергии в атоме расщепляется на N подуровней - образующих, практически, сплошную энергетическую зону [2]. Пока электрон входил в состав атома, у него была энергия взаимодействия только со своим ядром - но, после «обобществления» электрона, откуда берется энергия его взаимодействия со множеством других ядер? Теоретики не нашли источника этой энергии, поэтому они ухватились за спасительный принцип запрета Паули - согласно которому, одно состояние по энергии, т.е. один из вышеназванных подуровней, могут занимать не более двух электронов, имеющих противоположные спины [5]. Получилось так: расщепление уровня на подуровни, т.е. превращение энергетического уровня в энергетическую зону, объясняли взаимодействием электрона с множеством ядер, а проблему с законом сохранения энергии устраняли, постулировав взаимодействие электрона только с одним ядром - причем, не обязательно с ближайшим. Тогда для случая макроскопического образца окажется, что уровень основного состояния электрона в атоме расщепится на подуровни, которые распределятся на всем интервале между уровнями, соответствующими энергиям взаимодействия электрона с ближайшими и, наоборот, с самыми дальними от него ядрами.Здесь имеет четкий физический смысл понятие свободного пробега электрона, и пробивной напряженностью оказывается та, при которой электрон на длине свободного пробега успевает набрать энергию, достаточную для акта ударной ионизации. Для спасения модели ударной ионизации, теоретики привлекли квантово-механические представления, согласно которым, свободный электрон в диэлектрике не сталкивается с отдельными атомами - поскольку он, якобы, взаимодействует со всей кристаллической решеткой [2]. Странным образом, теоретики забывают о том, что если длина пробега медленного электрона в диэлектрическом образце превышала бы толщину образца, то не требовалось бы ионизировать атомы и генерировать электронную лавину: свободные электроны и так проходили бы этот образец насквозь. Если, по логике вышеизложенного, в образце отсутствуют свободные валентности, которые могли бы вести себя как ловушки посторонних свободных электронов, то, казалось бы, атомы такого образца лишь незначительно препятствовали бы движению этих электронов, сквозь образец. Но нет: если присоединить к диэлектрику электроды, подключенные к источнику постоянного тока, то при напряжении, меньшем пробивного, диэлектрик оказывается непроницаем для электронов, которых поставлял бы катод.

Содержание

Введение

1. Электрический пробой твердых диэлектриков

2. Теория электрического пробоя твердых диэлектриков (ударная ионизация)

3. Новая модель электрического пробоя твердых диэлектриков

4. Нелепость зонной теории твердых тел.

5. Некорректность известных теорий электрического пробоя

6. Что мешает посторонним свободным электронам двигаться сквозь диэлектрик

7. Электронная проводимость при электрическом пробое твердого диэлектрика

Литература