Электропроводность твердых диэлектриков.
В большинстве случаев электропроводность диэлектриков ионная, реже — электронная. Сопротивление диэлектрика, заключенного между двумя электродами, при постоянном напряжении, т. е. сопротивление изоляции R из, можно вычислить по формуле
(2.46)
В твердых изоляционных материалах различают объемную электропроводность и поверхностную электропроводность . Для сравнительной оценки объемной и поверхностной электропроводности разных материалов используют также удельное объемное сопротивление r v и удельное поверхностное сопротивление r s .
Удельное объемное сопротивление r v численно равно сопротивлению куба с ребром в 1 м, мысленно вырезанного из исследуемого материала, если ток проходит через две противоположные грани этого куба; r v выражается в Ом-м.
 Рисунок 2.20. Схема для измерения rS.
1 – электроды
2 - диэлектрик
|
, (2.47)
где R — объемное сопротивление, Ом; S—площадь электрода, м2; h—толщина образца, м.
Удельное поверхностное сопротивление r s численно равно сопротивлению квадрата (любых размеров), мысленно выделенного на поверхности материала, если ток проходит через две противоположные стороны этого квадрата; измеряется в омах. Удельное поверхностное сопротивление
|
|
|
, (2.48)
где Rs—поверхностное сопротивление образца материала между параллельно поставленными электродами шириной d, отстоящими друг от друга на расстоянии l . (рис. 2.20) По удельному объемному сопротивлению можно определить удельную объемную проводимость g =1/ r v [См • м-1] и соответственно удельную поверхностную проводимость g =1/ r S [См].
Полная проводимость твердого диэлектрика, соответствующая его сопротивлению R из , складывается из объемной и поверхностной проводимостей. Соответственно, полное сопротивление твердого диэлектрика, измеряемое в Омах, складывается из параллельно включенного объемного и поверхностного сопротивления, определяемого по формуле
(2.49)
Произведение, состоящее из сопротивления изоляции диэлектрика конденсатора на его емкость, называют постоянной времени конденсатора:
tО = R из, с . (2.50)
Физическая сущность объемной электропроводности твердых диэлектриков. Электропроводность твердых тел обуславливается как перемещением ионов самого диэлектрика, так и ионов случайных примесей, а у некоторых материалов может быть вызвана наличием свободных электронов.
|
|
|
Вид электропроводности устанавливают экспериментально, используя закон Фарадея. Ионная электропроводность сопровождается переносом вещества на электроды. При электронной электропроводности это явление не наблюдается.
В твердых диэлектриках ионного строения электропроводность обусловлена главным образом перемещением ионов, которые вырываются из решетки под влиянием флюктуаций теплового движения. При низких температурах передвигаются слабо закрепленные ионы, в частности ионы примесей. При высоких температурах двигаются ионы кристаллической решетки.
В диэлектриках с атомными или молекулярными решетками электропроводность зависит от наличия примесей. В каждом частном случае при решении вопроса о механизме электропроводности используют данные об энергии активации носителей зарядов.
Собственная электропроводность твердых тел и изменение ее в зависимости от температуры определяются структурой вещества и его составом. В телах кристаллического строения с ионными решетками электропроводность связана с валентностью ионов. Кристаллы с одновалентными ионами имеют большую удельную проводимость, чем кристаллы с многовалентными ионами.
|
|
|
В анизотропных кристаллах удельная проводимость неодинакова по разным его осям. Например, в кварце удельная проводимость в направлении, параллельном главной оси, приблизительно в 1 000 раз больше, чем в направлении, перпендикулярном этой оси.
Величина удельной проводимости аморфных тел связана, прежде всего, с их составом. Высокомолекулярные органические полимеры имеют удельную проводимость, которая зависит в значительной степени от ряда факторов: от химического состава и наличия примесей; от степени полимеризации. Органические неполярные аморфные диэлектрики, как, например, полистирол, отличаются очень малой удельной проводимостью.
Большую группу аморфных тел составляют неорганические стекла. Удельная проводимость стекол зависит главным образом от химического состава; это дает возможность в ряде случаев получать заранее заданную величину удельной проводимости.
У твердых пористых диэлектриков при наличии в них влаги, даже в очень малых количествах, значительно увеличивается удельная проводимость.
|
|
|
Физическая сущность поверхностной электропроводности твердых диэлектриков. Поверхностная электропроводность обусловлена наличием влаги, загрязнениями и разными дефектами поверхности диэлектрика.
Удельная поверхностная проводимость тем ниже, чем меньше полярность вещества и чем чище поверхность диэлектрика. Причем наличие загрязнений на поверхности относительно мало влияет на удельную поверхностную проводимость гидрофобных диэлектриков и сильно влияет на проводимость гидрофильных диэлектриков.
Наиболее значительное увеличение удельной поверхностной проводимости наблюдается у полярных диэлектриков, частично растворимых в воде, у которых на поверхности образуется пленка электролита. Кроме того, к поверхности полярных диэлектриков могут прилипать различные загрязнения, которые также приводят к росту поверхностной проводимости. Высокую поверхностную проводимость имеют и объемно-пористые материалы, так как процесс поглощения влаги в глубине материала стимулирует также и образование её пленки на поверхности диэлектрика.
Электропроводность газов.
Газы при небольших значениях напряженности электрического поля имеют очень малую проводимость. Ток в газах может возникнуть только при наличии в них ионов или свободных электронов. Ионизация нейтральных молекул возникает или под действием внешних факторов, или вследствие столкновений ионизированных частиц самого газа, ускоренных электрическим полем, с молекулами газа (ударная ионизация). Внешними факторами, которые вызывают ионизацию газа, являются рентгеновские лучи, ультрафиолетовые лучи, космические лучи, радиоактивное излучение, а также термическое влияние (сильный нагрев газа).
Электропроводность жидких диэлектриков.
Электропроводность жидких диэлектриков тесно связанная со строением молекул жидкости. В неполярных жидкостях электропроводность обуславливается наличием диссоциированных примесей, в том числе влаги; в полярных жидкостях электропроводность зависит не только от примесей, иногда она вызывается диссоциацией молекул самой жидкости.
Ток в жидкости может быть обусловлен как передвижением ионов, так и перемещением достаточно больших заряженных коллоидных частиц. Невозможность полного удаления способных к диссоциации примесей из жидкого диэлектрика затрудняет получение электроизоляционных жидкостей с малой удельной проводимостью. Полярные жидкости в сравнении с неполярными всегда имеют повышенную удельную проводимость, причем увеличение диэлектрической проницаемости приводит к росту проводимости. Сильнополярные жидкости отличаются настолько высокой удельной проводимостью, что рассматриваются уже не как жидкие диэлектрики, а как проводники с ионной электропроводностью.
Удельная проводимость любой жидкости в значительной мере зависит от температуры. С увеличением температуры в результате уменьшения вязкости возрастает подвижность ионов и может увеличиваться степень тепловой диссоциации, которая вызывает увеличение удельной проводимости.
Дата добавления: 2022-01-22; просмотров: 35; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!