При электроискровой обработке под воздействием приложенного к электродам напряжения имеющееся у поверхности некоторое количество свободных и эмиссионных электронов устремляется к аноду, создавая лавинообразное выбивание из атомов среды новых электронов и, соответственно, вызывая появление ионов [1, 2]. Происходит пробой воздушного промежутка между электродами, возникает искровой разряд. Длительность переходного процесса и становление пробойного процесса очень малы и для воздуха при расстоянии между электродами несколько десятков микрометров оценивается величиной порядка 1 нс [3].
В искровом канале между электродами происходит диссоциация молекул на атомы, ионизация атомов с образованием свободных электронов и ионов. Электроны и ионы ускоряются до некоторой средней дрейфовой скорости, направленной вдоль электрического поля.
При однократной ионизации двухатомных молекул воздуха количество образующихся электронов и ионов в начальный момент разряда:
где Nео и Nio — начальные концентрации электронов и ионов соответственно, 1/м3.
Исходное количество молекул:
где P0 — начальное давление окружающей среды в межэлектродном промежутке, Па;
К — постоянная Больцмана, Дж/ºК;
То[sub][/sub] — начальная температура среды, оК.
Так как дрейфовая скорость электронов приблизительно на два порядка превышает дрейфовую скорость ионов, то образовавшиеся в начале искры электроны ионизации быстро достигают анода и электронный ток в разряде в дальнейшем поддерживается термоэмиссией электронов из катода от его бомбардировки ионами. По данным В. М. Куляпина [4–6], примерно половина энергии ионов расходуется на термоэмиссию электронов. Тогда тепловая мощность, выделяемая на катоде:
где qR — теплопоступления на катод, Вт;
mi — масса иона, кг;
Vdi — средняя скорость дрейфа ионов вдоль поля, м/с;
(Ni)cр — средняя концентрация ионов в разряде, 1/м3;