Поверхностная электропроводность твердых тел

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 2

Поверхностная электропроводность обусловлена присутствием влаги или других загрязнений на поверхности диэлектрика. Однако, поскольку сопротивление адсорбированной пленки влаги связано с природой материала, на поверхности которого она находится, поверхностную электропроводность обычно рассматривают как свойство самого диэлектрика.

Удельная поверхностная проводимость тем ниже, чем меньше плотность вещества, чем чище поверхность диэлектрика и чем лучше она отполирована. Наиболее высокими значениями удельного поверхностного сопротивления обладают неполярные диэлектрики, поверхность которых не смачивается водой. Полярные диэлектрики характеризуются более низкими значениями _s, заметно уменьшающимися во влажной среде. Особенно резкое понижение удельного поверхностного сопротивления можно наблюдать у полярных диэлектриков, частично растворимых в воде, у которых на поверхности образуется пленка электролита. Кроме того, к поверхности полярных диэлектриков легко прилипают различные загрязнения, также приводящие к снижению _s. Низкие значения удельного поверхностного сопротивления имеют и объемно-пористые материалы, так как процесс поглощения влаги толщей материала стимулирует также и образование поверхностных пленок воды.

Стремясь повысить удельное поверхностное сопротивление применяют разнообразные приемы очистки поверхности :промывку водой, растворителями, прокаливание при температуре 600-700 ⁰С. Наиболее эффективной является очистка поверхности изделия, не впитывающего воду, продолжительным кипячением в дистиллированной воде. Пропитка поверхностных слоев детали церезином или парафином не обеспечивает достаточной устойчивости значений _s при высокой влажности ввиду возможности проникновения влаги в микропоры поверхности изделия сквозь защитные покрытия. Покрытие керамики и стекол кремнийорганическими лаками значительно повышает величину удельного поверхностного сопротивления изделий во влажной среде.

Гетина́кс — электроизоляционный слоистый прессованный материал, имеющий бумажную основу, пропитанную фенольной или эпоксидной смолой.

В основном используется как основа заготовок печатных плат. Материал обладает низкой механической прочностью, легко обрабатывается и имеет относительно низкую стоимость. Широко используется для дешёвого изготовления плат в низковольтной бытовой аппаратуре, т.к. в разогретом состоянии допускает штамповку, благодаря чему получается плата любой формы вместе со всеми отверстиями.

Таблица 1- Свойства гетинакса.

Плотность	кг/м³	1300-1400
Разрушающее напряжение при изгибе перпендикулярно слоям, не менее	МПа	135
Разрушающее напряжение при растяжении, не менее	МПа	120
Удельное объемное электрическое сопротивление после кондиционирования в условиях 24 ч/23°С/93% для листов толщиной до 4 мм, не менее	Ом*м	1*106
Тангенс угла диэлектрических потерь при частоте 50 Гц, после кондиционирования в условиях 96 ч/105°С/20%, не более	-	0,05
Пробивное напряжение параллельно слоям (одноминутное проверочное испытание) в условиях М/90°С/трансформаторное масло, не менее	кВ	16

Практическая часть:

Рисунок 2 – Блок схема измерений

Измерительный стенд включает в себя следующие компоненты:

1) термостат;

2) тераомметр Е6-13А

Рисунок 3 – Приемная кассета термостата

1, 5 – планки; 2 – основание (электрод «Н»; 3, 4 – крепежные винты;

6 – исследуемый образец; 7 – электрод «К»; 8 – электрод «С»

Расчеты производятся по формулам:

P_v = (π D²/4h) R_v, Ом м; (2.1)

P_s = (π D/g) R_s, Ом; (2.2)

D = (d₁+d₂)/2, м; (2.3)

где h – толщина исследуемого образца, м;

R_v – измеренное объемное сопротивление, Ом;

g – величина зазора между электродами «С» и «К», м;

R_s – измеренное поверхностное сопротивление, Ом;

d₁ – диаметр электрода «С», м;

d₂ – внутренний диаметр электрода «К», м.

Таблица 2 – Результаты измерений.

Диаметр электрода «С» d₁, м	0,05	Внутренний диаметр электрода «К» d₂, м					0,054		Толщина исследуемого образца h, м					0,015
Температура t, ⁰С			30	35	40	45		50	55	60	65	70	75	80
Измеренное объемное сопротивление R_v, 10¹¹ МОм			7	8	8	4,5		3,8	2,9	2,4	0,8	0,5	0,22	0,18
Измеренное поверхностное сопротивление R_s, 10¹¹МОм			20	12	7	5,8		3,5	3	0,85	0,6	0,26	0,2	0,15
Удельное объемное сопротивление P_v, 10¹¹МОм м			0,99	1,13	1,13	0,63		0,54	0,41	0,34	0,11	0,07	0,03	0,025
Удельное поверхностное сопротивление P_s, 10¹³Ом			16,3	1	5,7	4,7		2,8	2,4	0,7	0,48	0,21	0,16	0,12

Рисунок 3 – Зависимость удельного объемного сопротивления P_v(t)

от температуры.

Рисунок 4 – Зависимость удельного поверхностного сопротивления P_s(t)

от температуры.

Вывод

Удельные поверхностное и объемное сопротивления имеют обратную зависимость от температуры. Графики зависимости отражают убывание значений удельных сопротивлений.

Ответы на контрольные вопросы

1. Что такое токи абсорбции, какова их природа?

Токи смещения различных видов замедленной поляризации, наблюдаемые у большого числа технических диэлектриков, называют абсорбционными токами. При постоянном напряжении абсорбционные токи, меняя свое направление, протекают только в моменты включения и выключения напряжения; при переменном напряжении они имеют место в течение всего времени нахождения материала в электрическом поле.

2. Перечислите виды электропроводности для твердых диэлектриков. Как их определить?

Особенностью электропроводности диэлектриков в большинстве случаев является ее неэлектронный (ионный) характер.

Для твердых электроизоляционных материалов необходимо различать объемную и поверхностную электропроводность. Для сравнительной оценки различных материалов в отношении их объемной и поверхностной электропроводности пользуются значениями удельного объемного сопротивления и удельного поверхностного сопротивления.

Уменьшение тока со временем говорит о том, что электропроводность материала была обусловлена ионами посторонних примесей и уменьшалась за счет электрической очистки образца. Увеличение тока со временем говорит об участии в нем зарядов, являющихся структурными элементами самого материала, и о протекающем в нем необратимом процессе старения под напряжением, способном постепенно привести к разрушению – пробою диэлектрика.

Вид электропроводности устанавливают экспериментально, используя закон Фарадея. Ионная электропроводность сопровождается переносом вещества. При электронной электропроводности это явление не наблюдается

В твердых диэлектриках ионного строения электропроводность обусловлена главным образом перемещением ионов, освобождаемых под влиянием флуктуаций теплового движения. При низких температурах передвигаются слабо закрепленные ионы, в частности ионы примесей. При высоких температурах освобождаются и некоторые ионы из узлов кристаллической решетки.

В диэлектриках с атомной или молекулярной решеткой электропроводность связана только с наличием примесей, удельная проводимость их весьма мала.

В каждом отдельном случае вопрос о механизме электропроводности решается на основании данных об энергии активации носителя заряда.

3) От чего зависит удельная поверхностная проводимость твердых тел?

Поверхностная электропроводность обусловлена присутствием влаги или других загрязнений на поверхности диэлектрика. Вода отличается значительной удельной проводимостью. Достаточно тончайшего слоя влаги на поверхности диэлектрика, чтобы была обнаружена заметная проводимость, определяемая в основном толщиной этого слоя.

Относительная влажность является важнейшим фактором, определяющим значение удельной поверхностной проводимости диэлектрика. Особенно резкое уменьшение удельного поверхностного сопротивления наблюдается при относительной влажности, превышающей 70-80%.

К поверхности полярных диэлектриков легко прилипают различные загрязнения, также приводящие к снижению.

Удельная поверхностная проводимость тем ниже, чем меньше плотность вещества, чем чище поверхность диэлектрика и чем лучше она отполирована.

Зависимость удельной поверхностной электропроводности от влажности обусловливается наличием на поверхности диэлектрика диссоциирующих на ионы веществ. Вода, адсорбируемая поверхностью, способствует их выявлению. Если эти вещества случайно попали на поверхность диэлектрика, то путем их удаления можно получить высокие значения удельного поверхностного сопротивления при любой влажности воздуха. Если эти вещества являются составной частью материала, то удельное поверхностное сопротивление будет сильно снижаться при увеличении влажности.

Дата добавления: 2023-01-08; просмотров: 23; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 12

Мы поможем в написании ваших работ!