Влияние температуры на электропроводность диэлектриков

ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ ДИЭЛЕКТРИКОВ

ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ

Диэлектрическими принято называть материалы, имеющие низкую плотность подвижных носителей заряда (ионов и электронов), поэтому удельное электрическое сопротивление таких материалов в 1012 - 1025 раз выше, чем у проводниковых мате-риалов. Очевидно, что диэлектрическими являются материалы с ковалентной, поля-ризационной или ионной связью между атомами, причем последние только в твер-дом состоянии. Кроме того, энергия возбуждения электронов на уровни проводимо-сти превосходит 5 электрон-вольт.

По агрегатному состоянию диэлектрики бывают твердыми, жидкими и газооб-разными. По происхождению диэлектрики могут быть естественными и искусствен-ными, органическими и неорганическими.

По электрической структуре все диэлектрики можно разделить на неполярные и полярные. У неполярных диэлектриков в отсутствии внешнего поля собственный дипольный момент структурных единиц (атомов, молекул, элементарных кристалли-ческих ячеек) равен нулю. У полярных диэлектриков собственный дипольный мо-мент структурных единиц отличен от нуля и в отсутствии внешнего поля. В свою очередь, полярные диэлектрики могут быть параэлектрическими и сегнетоэлектри-ческими. У параэлектриков дипольные моменты структурных единиц распределены по разным направлениям хаотически, и суммарный дипольный момент даже не-большого объема равен нулю. У сегнетоэлектриков дипольные моменты ориентиро-ваны параллельно, и суммарный дипольный момент малых объемов не равен нулю.

При помещении диэлектрика в электрическое поле в нем развиваются два ос-новных процесса: поляризация и сквозная электропроводность. Развитие основных процессов может, в свою очередь, привести к ряду дополнительных процессов к по-тере энергии электрического поля в диэлектрике и пробою диэлектрика.

Рассмотрим влияние внешних условий на развитие основных процессов в ди-электриках.

Электропроводность диэлектриков определяется в основном перемещением ионов. На концентрацию ионов оказывают влияние: состав материала, температура, облучение материала частицами высоких энергий. Концентрация подвижных носи-телей заряда в полярных материалах, как правило, выше, чем в неполярных. Это свя-зано с тем, что ионы примесей электрически взаимодействуют с дипольными мо-ментами полярных молекул, поэтому очистка полярных материалов от примесей за-труднена.

При повышении температуры энергия системы повышается на величину kT и вероятность выхода иона из потенциальной ямы возрастает (см. рис.2 в конспекте 1). Поэтому электропроводность диэлектриков при повышении температуры растет в соответствии с выражением:

g=g₀ exp(E_a/kT) (2.1) где: g - удельная электропроводность диэлектрика, gо -константа, E_a - энергия активации выхода иона из потенциальной ямы, kT- тепловая энергия системы. Зависимость электропроводности от температуры показана на рис. 25.

Дата добавления: 2014-11-29