Đề cương môn học: Cao áp và vật liệu điện

Chia sẻ: Nguyễn Thị Ngọc Lựu | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:31

Thêm vào BST

Báo xấu

227
lượt xem 30
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đề cương môn học: Cao áp và vật liệu điện trình bày tóm tắt các nội dung: cấu tạo vật chất, cấu tạo phân tử, lý thuyết vùng năng lượng, phân loại vậy liệu kỹ thuật điện, vật liệu dẫn điện, bán dẫn điện, siêu dẫn, vật liệu dẫn điện có điện dẫn cao,...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Đề cương môn học: Cao áp và vật liệu điện

-Tài liệu tham khảo Nguyễn Đình Thắng – Giáo trình vật liệu kỹ thuật điện, NXB KHKT-2002 Võ Việt Đan – Giáo trình kỹ thuật điện cao cấp, Hà Nội – 1972 Chương 1. Cấu tạo vật chất $1.1. Cấu tạo nguyên tử Vật chất cấu tạo từ các điện tích (+),(-) Phân biệt 2 loại điện tích: + Điện tích tự do: điện tử tự do, ion(+) và một số loại khác + Điện tích rằng buộc: điện tử, hạt nhân,… $1.2. Cấu tạo phân tử Liên kết ion:Nacl Liên kết hoá trị Liên kết kim loại $1.3. Lý thuyết vùng năng lượng $ 4. Phân loại vật liệu kỹ thuật điện *Phân loại vật liệu theo độ dẫn điện * Phân loại vật liệu theo độ từ tính - Vật liệu nghịch từ, thuận từ, sắt từ, dẫn từ * Điện môi: là các chất mà t/c điện từ cơ bản là khả năng bị phân cực dưới tác dụng của điện trường bên ngoài. 1
Chương 2. Vật liệu dẫn điện, bán dẫn điện, siêu dẫn. $1. Chuyển động của các điện tích Tính dẫn điện của các vật liệu là thước đo khả năng cho một dòng điện đi qua khi nối với một nguồn điện, sự chuyển động của các điện tích tự do nghĩa là dòng điện. * Phân biệt dòng điện dẫn và dòng điện do các điện tích rằng buộc. dq i= dt i là lượng điện tích chuyển rời trong một đơn vị thời gian t q =  dq =  idt 0 Điện tích (-) chuyển động ngược với chiều điện trường bên ngoài Điện tích (+) cuyển động cùng chiều với chiều điện trường bên ngoài Quy ước chiếu dòng điện từ (+)  (-) Lượng điện tích chuyển dời qua một tiết diện vuông trong một đơn vị thời gian i =  Jds dI 2 J=  dS (A/m ) Các điện tử dẫn trong một vật dẫn có vận tốc có hướng hỗn độn v = 106 m/s Dòng có hướng hoặc vận tosc trôi của các điện tử dẫn nhỷo hơn v = 10-3m/s 4. Điện trở và điện trở suất của kim loại V R= Định luật Om I di =no.e.vd.ds J =di / dt = no.vd vd :vận tốc chuyển động trung bình phụ thuộc E vd= e.E no.e 2 .    no.e.e me  e:dộ linh động đạc trưng cho khả năng chuyển dọng của hạt mang điện đaqtj trong E VD: 29Cu D = 8,960 kg/m3 2
NA = 6,02 . 1023 M = 63,35 g/mol n = NA.D/M = 8,51.1028 (1/m3) Điện trở suất: ρ= 5. Quan hệ giữa điện trở suất và nhiệt độ Thời gian trung bình giữa hai lần va chạm tỉ lệ nghịch với độ lớn của các điệ n tử chịu một va chạm 1 1 1 1     1  2  3   1   2   3 Điện trở suât của kim loại tạp chất với nhiệt độ   l  t l : diện trở suất do dao động mạng t : điện trở suất co tán xạ của điện tử tạp chát 7. Điện dẫn cảu kim loại sạch độ dẫn điện của kim loại được biểu diễn   no.e.e ở nhiệt độ cao :   1 / t ở nhiệt đọ thấp :   1 / t 5 $2. Vật liệu dẫn điện Hầu hết vận liệu dẫn điện là các KL và các hợp kim của chúng. (trừ KL kiềm, kiềm thổ) 1. Tính chất điện hoá của kim loại a) Tính dẫn điện Điện trở tiếp xúc và sức nhiệt điện động - Điện trở tiếp xúc - Sức nhiệt điện động Et = kĐ = k(T1 – T2) v = c (T1 – T2) 3
v = c (T1 - T2) c - đối với 1 cặp KL là suất sức nhiệt điện động c) Tính chất vật lý của kim loại - Nhiệt độ và nhiệt lượng nóng chảy - Tính dẫn điện - Giãn nở nhiệt - Vẻ sáng của kim loại d) Tính chất hoá học của kim loại e) Tính chất cơ học của kim loại - Độ bền - Độ đàn hồi - Độ dẻo $3. Vật liệu dẫn điện có điện dẫn cao 1. Đồng – Cu. Là kim loại quan trọng nhất trong các vật liệu dẫn điện sử dụng trong kỹ thuật điện Màu đỏ nhạt, dẫn điện tốt sau 1 thời gian, độ bền cơ lớn, chống ăn mòn, dẫn nhiệt tốt, dễ dát mỏng, gia công, s/d rộng rãi nhất. Được tìm thấy trong tự nhiên dưới dạng quặng, nấu nóng chảy. Đồng (97,5% – 98%) bằng cách điện phân Đồng thô 79% tính chất Tính chất ảnh hưởng đến độ dẫn điện và độ bền cơ của đồng Sự kéo, dát mỏng -> giảm điện dẫn suất Thực tế sử dụng 2 loại: Đồng mềm, đồng cứng Đồng mềm: nung xong để nguội -> sử dụng làm dây dẫn của cáp và dây quấn máy điện Đồng cứng: độ bền cơ lớn -> sử dụng làm dây dẫn không bọc cách điện, dây trần, thanh góp của trạm phân phối Kết luận: ưu điểm ρ: nhỏ (1,69.10-8 Ωm), rẻ hơn Ag Độ bền cơ khá cao trong một số trường hợp Thoả mãn độ bền đối với môi trường xung quanh (oxi hoá chậm hơn Fe ngay cả trong môi trường có độ ẩm cao), chỉ bị oxi hoá ở nhiệt độ cao. Công nghệ sản xuất: dễ gia công, cán mỏng, dễ hàn b) Các hợp kim của đồng Đồng, vàng hoặc đồng thau (laiton): hợp kim của đồng + kẽm 4
Ghép đấu nối,… sử dụng các hợp kim đồng vì có độ bền và độ cứng lớn Đồng thanh hoặc đồng đỏ (Bronze) Hợp kim Cu – Ag Cu – berylium Cu – Calitrium Cu – Crome 2. Nhôm – Al - Là vật liệu quan trọng thứ 2 - Dẫn điện sau Ag, Cu Nhược điểm: Xử lý tiếp xúc khó -> sử dụng ít trong gia đình a) Các tính chất: - Nhôm dùng để sản xuất các vật liệu dẫn điện phải có độ tinh khiết cao. - Nhiệt độ nóng chảy thấp hơn Cu -> giá rẻ hơn - Khó đấu nối do các lớp oxit Al2O3 cách điện tốt ->Rtx lớn * Phương pháp xử lý: - Hàn HQ trong Argon - Cáp tiết diện lớn: s/d các ghíp, đầu cốt đã mạ thiếc cho các dây nhỏ. 3. So sánh Cu – Al - Sự lựa chọn Cu, Al là các lựa chọn về kỹ thuật và kinh tế. VD: Cu: ρ = 1,72.10-8 Ωm, D = 8.900 kg/m3. Al: ρ = 2,82.10-8 Ωm, D = 2.700 kg/m3 mCu mAl Điều kiện R như nhau để S: như nhau, tổn thất ∆P như nhau dAl > dCu SAl > SCu Tuy nhiên mCu > mAl (vì DCu > DAl) a) Các dây trần: b) Các dây cách điện - Đối với dây bọc cách điện, cáp, nếu tăng kích thước -> tăng cách điện + Hạ thế: ít ảnh hưởng -> Cả Al, Cu đều được sử dụng + Trung thế: sử dụng Al vẫn kinh tế hơn. + Cao thế: Cách điện tăng dáng kể sử dụng đồng + Dây vặn xoắn AC – nhôm lõi thép c) Máy biến áp và động cơ - Nếu sử dụng Al -> tăng kích thước của các cửa sổ gông từ 4) Các kim loại khác 5
Ag, Au, bạch Kim, Pb, Wolfram, Hg $4. Các điện kim có điện trở suất cao 1. Các hợp kim có điện trở suất cao Sử dụng cấu tạo các fần dẫn điện của các dụng cụ đo lường Hệ số nhiệt của điện trở suất nhỏ, không biến tính VD: Hợp kim: Mn + Cu 2. Các hợp kim có điện trở suất cao và bền nhiệt - Các lò nung , bàn là, bếp điện - Chịu nóng tốt VD: Dây điện trở chịu nóng của Nga: Cacbon + Mn + Si + Cr + Al nhiệt độ từ 10000C – 12000C. Vật liệu siêu dẫn ở nhiệt độ thấp và nhiệt độ cao Sử dụng trong truyền tải 6
Chương 4. Các quá trình điện lý của điện môi $1. Nhắc lại các khái niệm cơ bản về tĩnh điện 1. Các khái niệm cơ bản về tĩnh điện 1.1.Định luật Culong - Q1 cách Q2 một khoảng r trong môi trường có hệ số điện môi tương đối - Lực tương tác giữa chúng: 1.2.Điện trường và đinh luật Gauss Khi các điện tích gần nhau thì điện tích đã thay đổi đặc tínhvật lý của môi trường mà nó nằm trong Xung quanh mỗi điện tích là một điện trường có cương độ E 1.3.Thông lượng của cường độ điện trường 1.4.Liên hệ giữa địện thế và điện trường 1.5.Lưỡng cực điện $2. Điện môi đặt trong điện trường một chiều - Hầu như không có điện tích tự do - Các điện tích tồn tại dưới dạng điện tích rằng buộc - Thanh Cu đồng chất, đẳng hướng, chiều dài l giữa hai điện cực kim loại tiết diện S trong điện trường một chiều + Coi điện môi lý tưởng (không có diện tích tự do nên không có dòng điện) ngoài l,R của dây nối thì một mạch như vậy chỉ tồn tại điện dung C - Dòng nạp - R,l rất nhỏ thì quá trình nạp rất ngắn Thực tế mọi điện môi đều có điện tích tự do - Sự dẫn điện của điện môi gây bởi sự chuyển động của các điện tích tự do ứng với nó là dòng điện dẫn - Sự phân cực điện môi do sự xê dịch của các điện tích rằng buộc làm xuất hiện dòng điện hấp thụ. $4.3. Sự dẫn điện của vật liệu điện môi 1. Đặc tính chung Kim loại: - Môi trường bên ngoài - E tăng -> quá trình xảy ra càng nhanh - E tăng -> ion hoáva chạm, phân ly, bức xạ điện tử -> Sự dẫn điện của các vật liệu được xem xét riêng rẽ cho 2 miền cường độ E khác nhau 2 khái niệm điện dẫn suất hoặc ρ của các điện môi là ứng với E yếu a) Trong điện trường yếu J tăng tuyến tính với E ngoài trong dải 10-6 (v/m) b)Trong E mạnh E tăng -> sự dẫn điện của các vật liệu cách điện mất dẫn tích chất định luật Ôm i tăng nhanh do sự can thiệp: ion va chạm trong các điện môi khí -> sinh ra và tự do 7
Sự tăng điện trường kéo dài xảy ra phân điện chọc thủng, mất dần tính chất cách điện c) Điện trở suất I G= V V R= I Phân biệt: - Điện dẫn khối của cách điện G xác định bởi sự dẫn điện qua chiều dày c/điện Điện dẫn mặt GS do sự dẫn điện qua lớp bề mặt Đối với vật liệu cách điện khí, lỏng -> không xét GS ir khối I và Rkhối ir mặt IS và RS U I= = V.Gk R U IS = = V.GS Rs 1 1 -> Gcđ =  R Rs $4. Sự phân cực của vật liệu điện môi I. HIện tượng phân cực 1. Tụ điện và địên dung a) Tụ điện: Gồm 2 điện cực được ngăn cách bằng một vật liệu điện môi b) Điện dung:là tỉ số giữa điện tích trên bản tụ và hiệu điện thế giữa hai bản tụ Tụ chân không: q0 = C0.V d- chiều dày s- dung tích -12  0 = 8,85.10 (F/m): hệ số o.S C0 = d 2o Tụ trụ: C0 = điện dung của 1 đơn vị chiều dài R2 ln( R1 2 C0 = R2 ln R1 4orR1R 2 4oR1R 2 Tụ cầu: C = = R 2  R1 R2  R1 c) khi đặt một điện môi trong điện trường 8
C = εr.C0 εr: Hệ số điện môi tương đối của vật liệu đưa vào 2. Hằng số điện môi (ko đơn vị là hệ số điện môi tương đối)  a=  0  r : hệ số điện môi tuyệt đối * Tụ phẳng: Ban đầu : Q0 = C0.V đặt trong điện môi  Q Q0 Qp : phân cực Q = CV C- điện dung của tụ điện với chất điện môi C Q Qo  Qp Qp  r=   1 Co Qo Qo Qo  r  1 ( dấu = đối với chân không) 3. Moment điện n m =  qi.ri q nằm ở toạ độ r sự phân cực của điện môi làm xuất hiện 1 mômen điện lưỡng cực m  Qd Q=  Q  -Q =  Q  +) trong các vật liệu trung tính khi: E = 0  mc.ứng = 0 = q.d E  0  mc.ứng = qd  E  mcứ =  E  r: đặc trưng cho khả năng phân cực của cả khối điện môi ( thể hiện mật độ phân tử, nguyên tử)  : hệ số phân cực đối với mỗi phân tử, nguyên tử, điện tử.đặc trưng cho từng phân tử, nguyên tử. - trên toàn khối điện môi M = Qd d- chiều dày của khối điện môi 4. Vecto phân cực, P Momen điện của 1 đơn vị thể tích. M -nếu điện môi đồng chất, đẳng hướng P = V n P   m..  n.m  nE   phân tử phân cực như nhau  1 M dM - Nếu điện môi không đồng chất: P = lim  V dV 5. Liên hệ giữa P, E , hai mật độ bề mặt của điện tích Q= PS 9
 .s Qp  Qp (oE  )S C Qo  Qp q oE  P s r=     C0 Qo oS oE oE.S d Điện môi tuyến tính chỉ có khả năng phản lực với E bên ngoài P = ( r -1) o E M Qd Q S - diện tích điện cực: P=    n với n là mật độ điện tích bề mặt V Sd S P  bề mặt, - Trường hợp tổng quát: M  .Sd  P=     = P.cos  = Pn V Sd .c.o.s c.o.s về trị số,  xuất hiện khi có phân cực là pháp tuyến Pn 6. Đường sức E, đường cảm ứng điện qua mặt phân cách hai điện môi - khi qua mặt phân cách của hai chất điện môi có  r khác nhau, E bị biến đổi đột ngột  các đường sức bị gián đoạn ở mặt phân cách 2 môi trường  Đại lượng vật lí  môi trường: D D=  oE Điện môi đồng chất : D   r  o E vật liệu nào có  nhỏ thì E lớn 7. Độ cảm điện môi II. Điện trường cục bộ trong điện môi 1. P =  o(  r – 1)E, E ngoài Điện trường thực tế tác dụng lên phân tử: E +) nếu hệ cô lập E = Ecục bộ= Engoài +) điện môi El = Engoài+  Ed  Ed : điện trường tổng hợp của các phân tử lưỡng cực trong điệnmôi lên từ phân tử đang xét, trừ điện trường của phân tử đang xét. El = E + En + Et a) tính En - Hướng từ (+)  (-) 10
 = P cos  -  góc tạo bởi chiều E với vecto pháp tuyến với 1 đơn vị diện tích mặt cầu  ( )dS dEN = cos  4oR dq Pc.o.s 2R sin d dEN = cos  = .cos  4o.R 4o  p 2 P P EN =  2o cos  .sin  d  = cos2  = 0 2o 3o b) tính Er - Điện trưòng bên trong qủ cầu gây ra lên điểm A = 0  Et=0 +) điện môi trung tính +) mạng +) điện môi khí cực tính - Điện trường nội bộ gây lên phân cực phân tử điện môi P r  2 EL = E + =( )E 3o 3 Đối với điện môi khí  r = 1  Ecb ~ E 2. Hệ số phân cực: đại lượng đặc trưng cho khả năng phân cực của từng nguyên tử, phân tử E cục bộ tác dụng  mỗi phân tử có moment m =  Ecb (F/m)  : hệ số phân cực(độ phân cực) P = n  Ecb P =  0(  r – 1)E n E r=1+ oE - phân cực điện tử  hệ số phân ực điện tử - phân cực ion  hệ số phân cực ion - phân cực lưỡng cực  hệ số phân cực lưỡng cực - phân cực kết cấu (các điện môi không đều) - phân cực tự phát - phân cực do tác dụng của lực bên ngoài III. Phân loại các dạng phân cực – cơ chế phân cực +) điện môi phân cực do tác dụng của E ngoài ( phân cực thụ động): điện tử, ion, lưỡng cực, tiếp giáp +) điện môi tự phân cực không cần E ngoài tự phát do tác đọng lực bên ngoài 1. phân cực điện tử - Sự xê dịch quỹ đạo tương đốicủa điện tử so với hạt nhân 11
E đồng nhất. E đồng nhất  E  phương, hướng, độ lớn I. Thác điện tử - lý thuyết phóng điện Townsend Điện tử mầm  tăng tốc chuyển động, tích luỹ năng lượng  va chạm  phát triển thác điện tử +) do E = const  hệ số ion hoá va chạm = const trong toàn bộ khoảng P = const không phân giữa hai điện cực. +) E đồng nhất  đối xứng  quá trình hình thành và phát triển của phân điện  cực tính của +) Giả sử ban đầu có no điện tử rời khỏi cathode 12
Chương 5 Hiện tượng phóng điện trong điện môi thẻ khí 1.Hiên tương phòng điện khi có Eđủ lớn lên 2 diện cực với môi trường cách điên (chân không hoạc 1 đm ) sễ xảy ra qua trình đặc biệt .Môi truờng vốn cách điên sẽ bị nối liền bằng 1 tia lửa điện hồ quang có điên dẫn rất cao +) với chất khí ,sau khi phóng điện kết thúc  tính chất cách điện đuợc phục hồi nên chỉ mất cách điện tạm thời +)chất rắn -> mỗi làn phóng điện là quá trình không thuận nghich1 kênh dẫn sẽ phsa huỷ cách điện không phục hồi cấch điện hoan toàn hoặc mất cách điên vĩnh viễn *2 loại phóng điện +) phóng điện một pầhn -1 dạng phóng điên nói chung , khong hoàn toàn , vi dụ : phóng diện vầng quang,phóng điện cục bộ,… có thể nghe thấy +)phógn điện chọc thủng là dạng phóng điện hoàn toàn ,khi toàn bộ không gain bị giữa 2 điện cực bị ngắn mạch bởi 1 tia lửa diện *Độ bền điện : đặc trưng cho khả năng có thể làm viẹc lâu dài dưới t5ác dụng của U và E cao.Là cường độ điẹn trường mã có thể dặt lên vật liệumà không đến phóng điện 4. Điên dẫn của các điện môi khí trong E thấp *Mở đầu * điện dẫn của các chất khí +)E = 0 trạng thái cân bằng thể hịên :no=  .n 2 +)E  0 có quá trình đẫn điện  trạng thái cân băng mới No= Nt + Nj No :e xuất hiện do ion hoá Nt : sô e mất di do tái hợp trong toàn bộ của chất khí Nj : số e tham ja vào quá trình dẫn điện 3. Điện dẫn trong điện trường mạnh -phóng điện trong điện môi khí 1.các quá trình hình thành điênj tích trong điện môi khí 13
1.1 Ion hoá do va chạm Năng lượng ion hoá > Năng lượng diện tử Khi nguyên tử bị ion hoá : A + e  A  + 2e- 2A + 2e  2A  +4e- E va chạm vào các nguyên tử trung hoà, động năng của chúng sẽ được truyền cho nhau và ion hoà chỉ sảy ra nếu năng lwngj của điên tử lớn hơn năng lượng ion hoá mo.v 2 /2  Wi e.E.x ¦ Wi x: quãng đuơng chuyển động +) Số lần va chạm S = N=N.V P =N: số phân tử 1 đơn vị thể tích  mật độ phân tử KT S=N.  .( r0 + r)2.  1 +) Đoạn đường tự do trung bình  ,  = S 1 = ( Nếu r  r0  bỏ qua r0) N .H .r 2 1  = NH (r  ro)  P N= kt kT Po.T   0 (PT)= = 0 P P.To x n(x) = n0.e (  >= x), n(x) = e –x/  0 biểu thị quy luật phân bố của e đường tự do khi x =  , n(x) = 0,37  chỉ có 37% số đoạn do có thể có * Độ linh hoạt của các hạt tích điện F = qE động năng của hạt tích điện dọc theo phương của điện trường là K - tần suất va chạm  tốc độ tổn hao động năng là : Theo Newton: mvk = qE - thời gian giữa 2 lần vận chuyển liên tiếp  =  /k 14
a F qE v= E = a , a = = -tỷ lệ vận tốc chuyển động của mk m m Vo chúng có thể viết: vi - Đối với không khí thành phần chủ yếu là khí Nitơ - Mỗi điện tử khi đi được quãng đường là x trong trường có cường độ E  tích luỹ một năng lượng qEx. - Để thắng được lực tương tác hạt nhân  điện tử, qEx phải tích luỹ 1 năng lượng tối thiểu bằng năng lượng ion hoá Wi * Hệ số ion hoá do va chạm,  số lần gây ion hoá va chạm của 1 điện tử khi nó chuyển động với quãng đường là 1cm dọc theo chiều điện trường ngoài với điện tử qEx = e.Ex Ion hoá  eEx  Wi  xi   = số lần va chạm x xác suất ion hoá (  e  xi) 1  xi = .e e  2 -Bp/E  =  r p/kT . e = A.pe A, B là hằng số  chất khí, >= t0 Ion hoá tự nhiên: e mầm  Ion hoá va chạm: quá trình xuất hiện  : hệ số ion hoá va chạm  Tia lửa điện * Ion hoá va chạm làm sản sinh Ion hoá quang ( ion hoá do bức xạ) Khi nguyen tử nhận được 1 năng lượng yếu 5.3.2 Các quá trình xảy ra trên điện cực âm (cathode). 1. Bắn phá cathode bằng ion (+) hoặc nguyên tử ở trung tâm hình thành (foton). - Khi ion (+) bắn vào âm cực (cathode), nó sẽ giải phóng ít nhất 2 điện tử trên 2 cực trên 2 điện cực: 1 điện tử trung hoà ion (+), 1 điện tử thoát ra khỏi cathode. Năng lượng cần thiết của ion (+)đó là có trị số  2 lần 15
2. quang thoát 5. Nhiệt thoát ( thermionic emision) 6. Thoát do điện trường ( field emission) 5.3.3. Các quá trình trung hoà điện tích trong điện môi khí - làm giảm số lượng các điện tử trong điện môi. - Ngăn cản sự phát triển của thác điện tử. 1. Quá trình tái hợp. Tồn tại song song với quá trình ion hoá đảm bảo trong không khí luôn có một số lượng điện tích nhất định. - Trạng thái cân bằng xác lập khi mà số các điện tích xuất hiện do ion hoá bằng số lượng e mất đi do tái hợp. - Các ion (+) và (-) có xu hướng tái hợp  nguyên tử trung hoà. A+ + B-  AB + 3. Trung hoà do nhập điện tử ( Electric attachment ) Khí âm điện O2, CO2, SF6. có xu hướng lấy thêm điện tử  ion nặng  A+eA- 4. Trung hoà do khuyếch tán ( diffusion) 5.3.4 Hình thành và phát triển thác điện tử ( Avalanche elẻctonique ) - ion hoá va chạm  số lượng e mới xuất hiện trong không khí tăng lên nhanh chóng  hình thành 1 thác điện tử trong khu vực giữa hai điện cực - Giả sử ban đầu trên cathode có no điện tử khởi đầu. - Dưới tác dụng của E  e bay về anode sẽ va chạm vào các phân tử khí  gây ion hoá với hàm số ion hoá  x  n điện tử. Khi đi đươc dx  ion hoá dn =  n.dx + nếu E đồng nhất ( E = constant),  = const P= const n d dn d   n =  dx  n = n0. e no 0 No - số e sơ cấp xuất hiện ở x = 0 ( trên cathode)  dòng qua chất khí I = Q = eno. e  d = I0 e  d J = n0(E) ed = n0 ed no(E) - sự phụ thuộc - sự xuất hiện các e luôn đi đôi với các ion (+)  thác điện tử - dưới tác dụng của E, quá trình ion hoá diễn ra không ngừng +) điện tử càng tăng về kích thước cũng như số lượng e trong thác. Khi cận với điểm cực (+), các e của thác sẽ bị trung hoà trên điện cực. +) quá trình này chưa thể gọi là phóng điên vì chưa tạo thành d lưu thông giữa 2 điện cực  sự tăng lên của thác điện tử chấm dứt 16
+) để có thể duy trì phóng điện cần phải xuất hiện các e mới để hình thành các thác điện tử mới không nhờ đến yếu tố ion hoá từ bên ngoài mà nhờ đến các yếu tố gây ion hoá trong nội bộ chất khí  e thứ * phóng điện tự duy trì - e xuất hiện trong quá trình ion hoá trong nội bộ chất khí  e thứ cấp  thác điện tử thứ cấp - e phát sinh do: +) sự giải thoát e từ bề mặt âm cực do sự bắn ion (+) do hiệu ứng quang ( do sự bức xạ của thác điện tử sơ cấp). +) ion hoá quang trong nội bộ chất khí xảy ra ở đầu thác a) điều kiện phóng điện tự duy trì – tiêu chuẩn +) để duy trì phóng điện tự duy trì cần ít nhất 1e thứ cấp xuất hiện trước khi điện tử đầu tiên đến điểm cức đối diện +) số điện tử trong thác sơ cấp là e  d. số các ion(+)đươc sản sinh ít, số ion Để có thể duy trì sự phóng điện phải có ít nhất 1e thứ cấp xuất hiện trước khi thác e đầu tiên bị triệt tiêu d  (e -1  1 +) Điều kiện phóng điện tự duy trì :  (e  d – 1) + f e  d  1 f : hệ số foton do 1 điện tử phát ra n ; số điện tử được giải thoát do sự bức xạ của 1 foton  : hệ số giải thoát e từ bề mặt (-) cực do sự bắn phá của các ion (+) - ở áp suất cao: e  d   1 - 1 số dạng phát điện +) phát điện toả sáng: xảy ra ở áp suất thấp +) phát điện tia lửa +) phát điện vầng quang +) phát điện hồ quang =>I ch¹y trong chÊt khÝ víi sè elÎcton trong 1s: x I=I0e Io dßng ®iÖn ban ®Çu ë catèt 17
+ GØa sö ban ®Çu cã no ®iÖn tö.Do ion ho¸ sinh ra ns ®iÖn tö tho¸t khái catèt trong 1s.VËy sè ®iÖn tö tho¸t khái catèt trong 1s lµ : nt=no+ns Mçi ®iÖn tö rêi khái catèt g©y ra vËt chÊt ®Ó t¹o ion ho¸ Sè lÇn ®Ó g©y ion ho¸ do nt ®iÖn tö ®i ®îc qu·ng ®êng d tõ catèt sang anèt lµ x d :nt(e -1)=> ns= nt (e  1) nt=n0+ns d =>nt=no/(1-  (e  1) ) I ch¹y trong m¹ch ë tr¹ng th¸i æn ®Þnh: II.Lý thuyÕt phãng ®iÖn streamer +I t¨ng chØ phô thuéc vµo qu¸ tr×nh ion ho¸ +thùc tÕ Uphãng ®iÖn cßn phô thuéc vµo d¹ng vµ kho¶ng c¸ch gi÷a 2 ®iÖn cùc +thêi gian phãng ®iÖn träc thñng t=10-5s +thÝ nghiÖm thêi gian ng¾n h¬n t=10-7s *Lý thuyÕt streamer -Sù h×nh thµnh cña th¸c ®iÖn tö bëi 1elÎct«n ®Çu tiªn -E ph¸t triÓn m¹nh ë phÇn ®Çu cña th¸c - Sù x©m lîc cña qu¸ tr×nh ion ho¸ quang,c¸c ph©n tö khÝ ë kho¶ng kh«ng gian ®Çu cña th¸c ®iÖn tö III>§Þnh luËt pasen -®iÖn ¸p phãng ®iÖn ban ®Çu nhá nhÊt: U0=E0d U0=Bpd/ln(Apd/ln(1/  )) -®êng cong pasen V Vmin Pd Coi d (kho¶ng c¸ch gi÷a hai ®iÖn cùc)=const ¸p suÊt t¨ng tõ ®iÓm Umin vÒ phÝa ph¶I ®å thÞ.Khi ®ã mËt ®é ph©n tö khÝ t¨ng dÔ ion ho¸.Nhng do mËt ®é khÝ cao lµm qu·ng ®êng di chuyÓn ng¾n v× vËy n¨ng lîng tÝch luü trong ®iÖn trêng bÐ do va ch¹m.§Ó cã phãng ®iÖn ta ph¶I t¨ng U PhÝa tr¸I th× mËt ®é ph©n tö khÝ nhá.Qu¶ng ®êng gi÷a hai va ch¹m lín x¸c suÊt va ch¹m nhá.Do vËy muèn cã phãng ®iÖn ta ph¶I t¨ng U 18
Bµi 5.5.Phãng ®iÖn cña chÊt khÝ trong ®iÖn trêng kh«ng ®ång nhÊt I>§iÖn trêng gÇn ®ång nhÊt vµ ®iÖn trêng kh«ng ®ånh nhÊt + E ®ång nhÊt ,gÇn ®ång nhÊt -kh«ng tån t¹i phãng ®iÖn vÇng quang -Khi E t¨ng,phãng ®iÖn tù duy tr×,phãng ®iÖn träc thñng +Trêng kh«ng ®ång nhÊt: -Khi U cha ®¹t tíi trÞ sè Ucthñng sÏ x¶y ra mét d¹ng phãng ®iÖn kh«ng hoµn toµn tån t¹i trong khu vùc nµy gäi lµ phãng ®iÖn vÇn quang -Trong ®iÖn trêng ®ång nhÊt vµ gÇn ®ång nhÊt th× Uphãng ®iÖn vÇng quang=Uträc thñng -Trong E kh«ng ®ång nhÊt phãng ®iÖn vÇng quang cha dÉn ®Õn ng¾n m¹ch II>Phãng ®iÖn vÇng quang +Tõ trêng ®ång nhÊt va kh«ng ®ång nhÊt,khi U t¨ng hiÖn tîng phãng ®iÖn träc thñng sÏ x¶y ran gay sau khi cã hiÖn tîng ion ho¸ +Trong tõ trêng kh«ng ®ång nhÊt khi U t¨ng hiÖn tîng phãng ®iÖn do sù h×nh thµnh cña c¸c th¸c ®iÖn tö xuÊt hiÑn trøoc tiªn ë nh÷ng ®iÓm cã Emax(phãng ®iÖn côc bé) +phãng ®iÖn vÇng quang ®îc quan s¸t bÇng nh÷ng ®èm s¸ng tiÕng næ nhá,vïng kh«ng bao quanh ®iÖn cùc bÞ âi hãa thµnh «z«n +§iÖn trêng h×nh thµnh hå quang Lµ Emax khi ®ã xuÊt hiÖn hå quang(trªn bÒ mÆt ®iÖn cùc) Bµi 5.6.T¸c dông cña mµn ch¾n trong ®iÖn trêng kh«ng ®ång nhÊt C¸c ®iÖn tÝch kh«ng gian lµm E chung bÞ biÕn d¹ng,¶nh hëng tãi qu¸ tr×nh ph¸t triÓn tiÕp theo cña qu¸ tr×nh phãng ®iÖn.V× vËy ®Ó gi¶m phãng ®iÖn ta ding mµn ch¾n gi÷a hai ®iÖn cùc ng¨n c¶n sù di chuyÓn cña c¸c ®iÖn tÝch Mµn ch¾n lµ mét tÊm c¸ch ®iÖn máng ®Æt trong vïng kh«ng gian giöa hai ®iÖn cùc víi mét vÞ trÝ thÝch hîp a>Trêng hîp mòi nhän mang cùc tÝnh d¬ng -C¸c ion d¬ng bÞ ng¨n c¶n bëi mµn ch¾n ®Õn cùc ©m lµm cho ®iÞen trêng phÝa S ®ång nhÊt h¬n.Kho¶ng c¸ch tõ mµn ch¾n ®Õn mòi nhän b»ng 25% kho¶ng c¸ch gi÷a 2 b¶n cùc 19
U Upd(-) Upd(+) d1/d b>Trêng hîp mòi nhän cùc tÝnh ©m -T¸c dông cña mµn ch¾n t¬ng tù nh trõêng hîp trªn Bµi5.7.phãng ®iÖn xung kÝch - Thùc tÕ c¸ch ®iÖn cßn chÞu t¸c dông cña UxungkÝch -UxungkÝch xuÊt hiÖn do qu¸ ®iÖn ¸p khÝ quyÓn g©y ra bëi phãng ®iÖn sÐt vµ cã d¹ng sang xung kÝch.U ph¸t triÓn nhanh ®Õn mét gi¸ trÞ max(phÇn ®Çu sãng)sau ®ã gi¶m ®Õn gi¸ trÞ 0(phÇn ®u«i) Umax 0,5Umax -Thêi gian phãng ®iÖn :t phãng ®iÖn gåm 3 thµnh phÇn t=to+tg+tf to thêi gian cÇn thiÕt ddeer Uxung ®¹t gi¸ trÞ ngìngUs ts thêi gian trÔ tf thêi gian h×nh thµnh phãng ®iÖn Thêi gian phãng ®iÖn cµng ng¾n U cµng lín *C¸ch x©y dùng ®êng ®Æc tÝnh v«n-gi©y -§Æt Uxung mét c¸ch hÖ thèng lªn ke hë c¸ch ®iÖn -Uxung kÝch ®îc cÊp ®iÖn bëi 1 m¸y ph¸t xung ®iÖn ¸p cã t=const nhng biªn ®é cã thÓ biÕn thiªn -Th«ng thêng ngêi ta sö dông kh¸I niÖm U phãng ®iÖn 50% 20