Міністерство освіти і науки Російської Федерації
Федеральне державне автономне освітня установа
вищої освіти
НАЦІОНАЛЬНИЙ ДОСЛІДНИЙ
Томському політехнічному УНІВЕРСИТЕТ
РЕФЕРАТ
з дисципліни Фізика пробою конденсованих середовищ
на тему Теорія Хиппеля-Каллена
Томськ 2015
Зміст
Введення
1.Першою доказ теореми Хиппеля
.Второе доказ теорії Хиппеля
.Теорія Каллена
Висновок
Список використаних джерел
Введення
Теорія Хиппеля заснована на двох припущеннях. Перше припущення полягає в тому, що необхідну для іонізації енергію електрони набувають не за один прийом, а протягом кількох пробігів.
Друге припущення - що енергія, пріобретаема електронами в електричному полі, за деяких умов більше теряемой ними при зіткненнях з гратами. Та напруженість поля, при якій починають задовольнятися ці умови, прийнята Хиппель за пробивну.
Так як енергія електронів, при якій починає задовольнятися друга умова, невелика - близько 0,1-0,2 ев, то теорія Хиппеля була названа теорією іонізації повільними електронами.
Суть теорії Хиппеля полягає в наступному. У кожному діелектрику є деяке число вільних електронів, які можуть прискорюватися електричним полем, прикладеним до діелектрика. Зіткнення електронів з атомами і молекулами супроводжуються втратою енергії на збудження коливального руху частинок (пружні зіткнення) і на оптичному збудженні або іонізацію (непружні зіткнення). Імовірність? збудження коливання частинок і кількості енергії Q, витраченої на це, залежать від кінетичної енергії електрона і схематично зображуються кривої, наведеної на рис. 1. Крива повинна мати максимум. Дійсно, електрони з дуже малою та дуже великою енергією при зіткненні з частинкою передають їй мало енергії: у першому випадку - внаслідок малої кількості енергії, якою володіє електрон, в другому випадку - внаслідок малої тривалості часу взаємодії між електроном і часткою.
Якщо між двома зіткненнями електрон набуває в середньому енергію, меншу величини, що відповідає максимуму мал.1, то електрон може витрачати енергію, придбану в полі, тільки на розкачку атома. При збільшенні напруженості поля середня енергія, що купується електроном між зіткненнями, збільшується і перевищує в той же час енергія, що витрачається електроном на розкачку атома, зменшується. З'являється можливість накопичення енергії. Таким чином, якщо на довжині пробігу електрон набуває в середньому енергію, меншу, то іонізація неможлива. Якщо ж середня енергія, що купується електроном протягом одного пробігу, хоча і менше - енергії іонізації, але більше, то іонізація можлива. Отже, на думку Хиппеля, критичну напруженість поля, спроможну викликати іонізацію і, як далі буде показано, пробій, має поле, в якому електрон протягом одного пробігу набуває середню енергію, рівну, відповідну максимуму кривої ймовірності втрати енергії на розгойдування атома. Насправді напруженість поля може бути дещо менше.
Рис.1.
При іонізації електрон відриває від негативного іона або нейтрального атома електрон, який у свою чергу разом з першим прискорюється і ионизует. Поступово утворюється лавина електронів, яка рухається від катода до анода і залишає по шляху позитивний об'ємний заряд. Внаслідок цього зв'язок між структурними елементами діелектрика (атомами або іонами), що існувала до іонізації, порушується і виникає механічне напруження між ними. Якщо структура діелектрика недостатньо еластична, що має місце при низьких температурах, відбувається сколювання і з'являється тріщинка. У міру просування лавини електронів до анода слідом за нею зростає тріщинка. Зростання тріщинки відбувається не безперервно, а стрибками, наступаючими тоді, коли напруга, що викликає сколювання, досягає певної величини. Останнє залежить від величини і розподілу об'ємного заряду.
Із запропонованого механізму можна зробити наступні висновки:
. Критична пробивна напруженість поля приблизно дорівнює
пробою діелектрик струм іонізація
Причому єдиною умовою настання пробою є початок іонізації.
. У діелектриках з кристалічною решіткою повинні існувати переважні напрямки пробою, а саме ті напрямки, за якими сила зв'язку між частинками менше і, отже, ймовірність втрати енергії ...
