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.

Ускоренная киносъёмка. Электрический пробой

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. 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 полезным, так и вредить. К примеру, пробой изолятора на электроэнергетической линии высокого напряжения есть опасная аварийная ситуация. Но вот отсутствие пробоя на свече зажигания в бензиновом двигателе внутривенного сгорания не позволяет работать двигателю, приводя к так наз. «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

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.