Электрический пробой

Ускоренная киносъёмка. Электрический пробой

Электрический пробой — явление резкого возрастания тока в твёрдом, жидком или газообразном диэлектрике (например в атмосферном воздухе) или полупроводнике, возникающее при приложении напряжения свыше критического — напряжение пробоя^[1].

Физическая суть

Пробой может происходить в течение очень короткого времени (до 10⁻⁸ с) или установиться на длительное время (пример: дуговой разряд в газообразной среде).

В твёрдых телах различают три механизма электрического пробоя:

1. Внутренний пробой, связанный с тем, что носитель заряда на длине свободного пробега приобретает энергию, достаточную для ионизации молекул кристаллической решётки. В результате увеличивается концентрацию носителей заряда. При этом лавинообразно создаются свободные носители заряда (увеличивается концентрация электронов), которые вносят основной вклад в общий ток. У полупроводников и диэлектриков существует разновидность частичного пробоя.
2. Тепловой пробой, возникающий при разогреве кристаллической решётки диэлектрика или полупроводника^[1]. При увеличении температуры электронам становится легче ионизировать другие атомы решётки, поэтому пробивное напряжение уменьшается. Разогрев может происходить как в результате притока тепла извне, так и вследствие протекания переменного тока внутри диэлектрика.
3. Разрядный пробой, связанный с ионизацией адсорбированных газов в пористых материалах, таких как слюда или пористая керамика. Находящиеся в порах газы ионизируются быстрее, чем пробивается твёрдое вещество. Возникающие при этом газовые разряды разрушают поверхность пор.

Побочные эффекты и применение

Пробой может быть как полезен, так и вреден. К примеру, пробой изолятора на электроэнергетической линии высокого напряжения есть опасная аварийная ситуация. Но вот отсутствие пробоя на свече зажигания в бензиновом двигателе внутреннего сгорания не позволяет работать двигателю, приводя к т.н. «троению» — в одном из цилиндров топливно-воздушная смесь не воспламеняется.

См. также

• Вольт-амперная характеристика
• Электрическая прочность
• Пробой вакуума
• Эффект Зенера (туннельный пробой)
• Лавинный пробой
• Пробой на убегающих электронах в молниях
• Электролазер

Примечания

1. Епифанов, 1971, с. 289.

Литература

• Солимар Л., Уолш Д. Лекции по электрическим свойствам материалов = Lectures on the Electrical Properties of Materials. — М.: «Мир», 1991. — С. 504. — ISBN 5-03-001934-0.
• Епифанов Г. И. Физические основы микроэлектроники. — М.: Советское радио, 1971. — 376 с.