Електропровідність діелектриків

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 7Следующая ⇒

За своїм призначенням електроізоляційні матеріали не повинні пропускати електричний струм. Однак поляризаційні процеси зсуву зв'язаних зарядів у речовині обумовлюють появу поляризаційних струмів, чи струмів зсуву в діелектрику. Вони протікають до моменту встановлення рівноважного стану. При електронній і іонній поляризаціях ці струми протікають практично миттєво і приладами, як правило, не фіксуються.

Струми зсуву, обумовлені різними видами релаксаційних поляризацій, називають абсорбційними струмами.

При постійній напрузі абсорбційні струми спостерігаються тільки в період включення і вимикання напруги. Під впливом змінної напруги ці струми протікають весь час до моменту відключення напруги.

З огляду на те, що в технічних діелектриках є вільні заряди, здатні переміщуватися під дією електричного поля крім абсорбційних струмів протікає також струм наскрізної електропровідності. Загальний струм у діелектрику можна представити у вигляді суми наскрізного й абсорбційного струмів. Цей струм називається струмом витоку. Залежність струму витоку через діелектрик від часу показана на рис.2.1.

i_абс

i_ск_t

Рис.2.1–Залежність величини струму витоку через діелектрик від часу

Тривала робота твердих і рідких діелектриків може привести як до збіль-шення, так і до зменшення наскрізного струму. Зменшення наскрізного струму пояснюється тим, що електропровідність була обумовлена носіями зарядів, що містяться в домішках і з часом відбулося електричне очищення зразка. Збільшення струму зв'язано з протіканням у діелектрику необоротних процесів старіння речовини під напругою й участю в електропровідності зарядів, що є структурними елементами самої речовини.

Електропровідність діелектриків пояснюється наявністю в них вільних, тобто не зв'язаних з визначеними молекулами і здатних переміщуватися під дією електричного поля іонів, моліонів, електронів чи дірок.

Для багатьох електроізоляційних матеріалів характерна іонна електропровідність, пов'язана з переносом іонів, тобто з явищем електролізу. У ряді випадків електролізу піддається основна речовина діелектрика. Однак мають місце випадки ( в основному для органічних діелектриків), коли молекули основної речовини діелектрика не мають здатності піддаватися дисоціації, але іонна електропровідність виникає завдяки присутності неминучих забруднень – води, солей, кислот, лугів та ін. Навіть незначний вміст домішок помітно впливає на провідність діелектриків.

У діелектриків з іонним характером електропровідності дотримується закон Фарадея: кількість речовини, що виділилася при електролізі, пропорційна кількості пройшовшої через речовину електрики.

Моліонна електропровідність спостерігається в колоїдних системах, що представляють тісну суміш двох фаз, причому одна фаза (дисперсна) у виді дрібних часток рівномірно зважена в іншій (дисперсному середовищі). З колоїдних систем в електроізоляційній техніці найбільше часто зустрічаються емульсії (обидві фази рідини) і суспензії ( дисперсна фаза – тверда речовина, дисперсне середовище – рідина). Стабільність колоїдних систем пов’язана з наявністю на поверхні часток дисперсної фази електричних зарядів. При впливі на колоїдну систему електричного поля частки починають рухатися, що проявляється як явище електрофорезу. При електрофорезі на відміну від електролізу, не спостерігається утворення нових речовин, а тільки змінюється відносна концентрація дисперсної фази в різних частинах об’єму системи.

Молионна електропровідність спостерігається в рідких лаках і компаундах, у зволожених оліях і т.д.

У деяких діелектриках спостерігається електронна електропровідність. Так, рутил TiО₂, ряд титанатів BaTiО_3, CaTiО₃ та ін. виявляють електронний характер електропровідності. У сильних електричних полях можлива інжекція зарядів (електронів, дірок) у діелектрик з металевих електродів, а також утворення іонів і електронів у результаті ударної іонізації.

Провідність діелектрика можна визначити за формулою

G_из = ( I_ут + I_абс) / U, (2.1)

де I_ут – струм витоку;

I_абс – сума струмів, викликаних уповільненими механізмами поляризації,

U - прикладена постійна напруга.

Для твердих діелектриків розрізняють об'ємну провідність ізоляції G_v, чисельно визначальну провідность через товщину матеріалу, і поверхневу провідність G_s, що характеризує наявність шару підвищеної електропровідності на поверхні розділу твердої ізоляції з навколишнім газоподібним чи рідким середовищем. Цей шар утворюється внаслідок неминучих забруднень, зволоження і т.д. Відповідно вводяться поняття об'ємного струму витоку I_v і поверхневого струму витоку I_s.

Для порівняльної оцінки об'ємної і поверхневої провідності різних матеріалів користаються значеннями питомого об'ємного опору ρ_vі питомого поверхневого опору ρ_s.

У системі СІ питомий об'ємний опір чисельно дорівнює опору куба з ребром в один метр, вирізаного з досліджуваного матеріалу, якщо струм проходить через дві протилежні грані цього куба. Розмірність цього опору Ом*м.

Для плоского зразка з постійним поперечним перерізом, вміщеного в однорідне поле, питомий об'ємний опір визначається за формулою

, (2.2)

де R- об'ємний опір, Ом; S – площа електрода, м²; h – товщина зразка, м.

Значення ρ_v для порівняно низькоякісних діелектриків (деревина, папір, асбестоцемент і т.д.) знаходиться в межах 10⁶-10⁸ Ом м. Для таких матеріалів як полістирол, поліетилен і т.д. значення ρ_vскладає 10¹⁴-10¹⁶Ом м, у неіонізованих газів значення ρ_v ще вище.

Питомий поверхневий опір ρ_S чисельно дорівнює опору квадрата (будь-яких розмірів), думкою виділеного на поверхні матеріалу, якщо струм проходить через дві його протилежні:

ρ_S = , (2.3)

де R_S – поверхневий опір зразка матеріалу між паралельно розташованими електродами, Ом; d-ширина електрода, м; l - відстань між електродами, м.

Розмірність питомого поверхневого опору - Ом.

Використовуючи значення питомого об'ємного і поверхневого опорів, можна визначити питому об"ємну провідність = 1/ ρ_v і відповідно питому поверхневу провідність = 1/ρ_S.

Повна провідність твердого зразка діелектрика дорівнює сумі об'ємної і поверхневої провідностей.

Розглянемо задачу: дві протилежні грані куба з ребром а = 10мм з діелектричного матеріалу з питомим об'ємним опором і питомим поверхневим опором покриті металевими електродами. Визначити струм, який протікає через ці грані при постійній напрузі U = 2 кв.

Дата добавления: 2018-09-23; просмотров: 512; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 123 4 5 6 7 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!