Сопротивление диэлектрика

План лекции

ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ ДИЭЛЕКТРИКОВ

ЛЕКЦИЯ 2.2

Вопросы для самопроверки

1. Что такое поляризация.

2. Как практически найти величину диэлектрической проницаемости.

3. Какие механизмы поляризации условно относят к мгновенным и почему.

4. Пояснить все известные механизмы поляризации.

5. Какие механизмы поляризации связаны с потерей энергии.

6. Чем отличаются линейные диэлектрики от нелинейных.

7. Что понимают под полярными и неполярными диэлектриками.

8. Как выглядит зависимость электрического смещения D от напряженности электрического поля Е для диэлектриков с без инерционными и релаксационными механизмами поляризации.

9. Какие значения имеет диэлектрическая проницаемость у газообразных, жидких и твердых диэлектриков.

10. Как можно представить модель диэлектрика.

ТЕМА 2.2. Основные физические процессы в диэлектриках

2.2.1 Сопротивление диэлектрика

2.2.1 Электропроводность газов

2.2.3.Электропроводность жидких диэлектрических материалов

2.2.4.Электропроводность твердых диэлектриков

2.2.5. Поверхностная электропроводность твердых диэлектриков

Литература [1 – 4, 11 - 14, 29]

Сопротивление диэлектрика при постоянном напряжении, т.е. сопротивление изоляции R_из определяющее величину тока утечки, можно вычислить по формуле:

, (2.2.1)

где U - приложенное напряжение; I - наблюдаемый ток.

Сумма токов, вызванных различными видами поляризации, носит названия тока адсорбции I_аб, т.е. . В случае работы диэлектрика на постоянном напряжении поляризационные токи протекают лишь в короткие промежутки времени после включения и выключения напряжения (рис. 2.2.1). У большинства диэлектриков время суще­ствования тока абсорбции не превышает долей секунды, но в некоторых случаях оно может достигать десятков секунд и больше.

Поскольку измерить поляризационные токи практически трудно, сопротивление изоляции обычно рассчитывают как частное от деления напряжения на величину тока, измеренную через 1 мин после включения напряжения.

Рис. 2.2.1. Зависимость тока I в диэлектрике от времени воздействия постоянного электрического поля.

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

Если твердые и жидкие диэлектрики длительно находятся под напряжением, то ток утечки через них с течением времени уменьшается или увеличивается, как это показано на рис. 2.2.1. Уменьшение тока утечки со временем (кривая I) свидетельствует о том, что электропровод­ность материала была в большой степени обусловлена ионами посторонних примесей, которые нейтрализовались вблизи электродов. Это явление носит название электрической очистки образца. Увеличение тока со временем (кривая 2) свидетельствует об участии в нем зарядов, являющихся структурными элементами самого материала, и о протекающем в диэлектрике необратимом процессе электрического старения, которое постепенно может привести к разрушению диэлектрика, т.е. его пробою.

Электрическое старение наблюдается в некоторых твердых диэлектриках с ионным строением, например в керамике, содержащей двуокись титана TiO₂.

Для сравнительной оценки различных материалов в отношении их объемной и поверхностной электропроводностей, как было указано выше, чаще всего пользуются значениями удельного объемного сопротивления и удельного поверхностного сопротивления.

Удельное объемное сопротивление численно равно сопротивлению куба, мысленно вырезанного из исследуемого материала, если ток проходит через две противоположные грани этого куба. Практически удобно определять для куба с ребром, равным 1 см, и выражать в омосантиметрах {ом × см}, В системе СИ определяют для куба с ребром, равным 1 м, и выражают в омометрах(Ом · м). При этом 1 О м × м == 100 О м × см

Удельное объемное сопротивление плоского образца при однородном поле рассчитывают по формуле:

, (2.2.2)

где R — объемное сопротивление образца, Ом

S — площадь электрода, м²,

h— толщина образца, м.

Удельное поверхностное сопротивление _s численно равно сопротивлению квадрата (любых размеров), мысленно выделенного на поверхности материала, если ток проходит через две противоположные стороны этого квадрата. Удельное поверхностное сопротивление измеряют в омах и рассчитывают по формуле:

, (2.2.3)

где R_s - поверхностное сопротивление образца материала между параллельно поставленными электродами шириной a и отстоящими друг от друга на расстоянии l (рис. 2.2.2).

Рис. 2.2.2. Размещение электродов 1 на поверхности образца из диэлектрического материала 2 при измерении

В системе СИ удельная объемная проводимость выражается в сим × м^-1 а удельная поверхностная проводимость - соответственно в сим. Полная проводимость твердого диэлектрика, соответствующая его сопротивлению изоляцииR_из, складывается из объемной и поверхностной проводимостей; поэтому сопротивление изоляции рассчитывают по формуле:

, (2.2.4)

Дата добавления: 2014-01-20