Электретное состояние в диэлектриках

⇐ ПредыдущаяСтр 4 из 5Следующая ⇒

Электретом называют тело из диэлектрика, длительно сохраняющее поляризацию и создающее в окружающем его пространстве электрическое поле, т. е. электрет является формальным аналогом постоянного магнита.

В зависимости от способа формирования заряда различают термоэлектреты , фотоэлектреты , радиоэлектреты , электроэлектреты , трибоэлектреты. Способы формирования зарядов показаны на рис. 2.16 Рассмотрим состояние электрических зарядов на примере термоэлектрета. На рис. 2.16а видно, что на каждой из поверхностей электрета, находящегося под поляризующими электродами, образуются электрические заряды обоих знаков.

Заряды, перешедшие из поляризующего электрода или из воздушного зазора на поверхности твердого диэлектрика и имеющие тот же знак заряда, что и на электроде,

Рисунок 2.16. Способы формирования зарядов в электретах. а – термоэлектрет; б – фотоэлектрет; в – радиоэлектрет; г – электроэлектрет; д - трибоэлектрет

называют гомозарядами. Заряды с противоположным знаком полярности электродов, возникающие в электрете за счет различных релаксационных механизмов поляризации, называют гетерозарядами.

Разность гетеро- и гомозарядов определяет результирующий заряд поверхности электрета. Преобладанием того или иного заряда объясняется инверсия его знака на поверхности электрета с течением времени. Сразу после окончания поляризации преобладает гетерозаряд, а спустя некоторое время, когда тепловое движение дезориентирует диполи, преобладающим оказывается гомозаряд. . Опыты показывают, что гомозаряды сохраняются в течение более длительного времени по сравнению с гетерозарядами. Поверхностная плотность зарядов, наблюдающаяся у различных электретов, может составлять 10^-6—10^-4 Кл/м². При напряженности поляризующего поля Е_п < 0,5 МВ/м, как правило, обнаруживается только гетерозаряд, при Е_п > l МВ/м—гомозаряд.

Рисунок 2.17. Электрет в электрическом поле.

Электрет

У органических полярных электретов преобладают гетерозаряды, у неорганических (керамических) материалов и органических неполярных диэлектриков — гомозаряды. У такого известного неполярного диэлектрика, как пленочный фторопласт-4, существует очень прочно удерживаемый и значительный по величине гомозаряд. Гомозаряд локализован только в поверхностных слоях электрета, тогда как гетерозаряд распределен по всему объему электрета, что и подтверждает физическую природу этих зарядов.

Если электрет поместить между металлическими обкладками, как показано на рис 2.17, то величина индуцированного заряда на них

(2. 43)

где Q—заряд на поверхности электрета; h₁ — величина зазора между одной из поверхностей электрета и электродом (принимаем, что зазор между другой поверхностью и электродом бесконечно мал); h ₂— толщина электрета; e — диэлектрическая проницаемость материала электрета. При изменении зазора h₁ величина индуцированного заряда также изменяется. При периодическом изменении зазора в цепи между электродами течет переменный ток, частота которого равна частоте изменения зазора. Так как внутреннее сопротивление системы электрет—электроды при этом велико (10⁷ — lO⁸ Ом), величина тока не зависит от внешней нагрузки, и получается своеобразный генератор переменного тока.

С течением времени величина заряда электрета изменяется, что связано с изменением остаточной поляризации. Для характеристики этого явления вводится понятие время жизни электрета. В настоящее время электретное состояние наблюдается более чем у 70 диэлектриков.

Общие сведения об электропроводности диэлектриков.

Рисунок 2.18. Зависимость токов диэлектрика от времени.

В диэлектрике находящемся под напряжением, происходят поляризационные процессы, связанные с перемещением электрических зарядов, Следовательно, в диэлектрике возникают электрические токи. Ток, сопутствующий электронной и ионной поляризации, называют током смещения i _см Он проходит в очень малые промежутки времени (10^-13 – 10^-15с) и является чисто реактивным, Релаксационные виды поляризации вызывают прохождение в диэлектрике тока абсорбции i _аб. Наличие в диэлектрике небольшого числа свободных зарядов обуславливает возникновение небольшого по величине сквозного тока i _ск.. Таким образом, ток проходящий через диэлектрик, представляет собой сумму током, токов абсорбции и сквозного:

i = i _см+ i _аб+ i _ск. (2.44)

Рисунок 2.19. Векторная диаграмма токов в диэлектрике.

ск

см

Как видно из рис. 2.18 в первый момент приложения постоянного напряжения ток значительно больше, чем спустя некоторое время, когда в диэлектрике протекает лишь сквозной ток. Это объясняется тем, что токи смещения и абсорбции вскоре прекращаются, так как они обусловлены быстропротекающими процессами поляризации.

В случае переменного напряжения все три вида токов имеют место в течение всего времени нахождения материала в электрическом поле.

Рассмотрим векторную диаграмму токов в диэлектрике, показанную на рис. 2.19, к которому приложено переменное напряжение U. Ток смещения I _см не вызывает потерь энергии, носит чисто емкостной характер и опережает напряжение по фазе на 90^о. Ток абсорбции также опережает напряжение, но учитывая вызываемые им потери, на угол меньший 90^о. Поэтому вектор тока абсорбции можно разложить на активную I _{а аб} и реактивную I _{р аб} составляющие. Сквозной ток, изображенный вектором I _ск, имеет чисто активный характер и совпадает по фазе с напряжением. Полный ток через диэлектрик (обычно называемый током утечки) равен векторной сумме активной I _а и реактивной I _р составляющих тока:

I _ут = I_a + I_p = (I _{а аб}+ I _ск) + (I _{р аб} + I _см) (2.45)

Следовательно, проводимость диэлектрика величина комплексная. При переменном напряжении активная составляющая определяется как сквозным током, так и активной составляющей тока абсорбции, а при постоянном напряжении – только сквозным током.

Удельная проводимость диэлектриков в нормальных условиях составляет 10^-10 – 10^-16 См/м.

Электропроводность изоляционных материалов обусловлена состоянием вещества: газообразным, жидким или твердым, а также она зависит от влажности и температуры окружающей среды. Некоторое влияние на электропроводность диэлектриков оказывает и напряженность поля, при которой производятся измерения в образце.

Дата добавления: 2022-01-22; просмотров: 55; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 1 2 345 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!