Электропроводность жидких диэлектриков

Носителями зарядов в жидких диэлектриках в слабых электрических полях являются ионы и коллоидные частицы (моллионы), в сильных полях -ионы, коллоидные частицы и электроны. Эти заряды вызывают, соответственно, ионную, электрофоретическую и электронную виды проводимости.

Ионная проводимость

Проводимость обусловлена направленным движением положительных и отрицательных ионов под действием приложенного электрического поля. Ионы образуются в результате электролитической диссоциации (распада) ионогенных веществ (полярных примесей или полярных молекул самого диэлектрика) под действием полярных молекул среды (растворителя).

Ионогенные вещества – это вещества с ионной (например, NaCl) или ковалентной полярной (H₂O, органические кислоты и др.) связями. Механизм электролитической диссоциации ионогенных веществ ионного строения представлен на рис. 10.4.

Рис.10.4. Механизм электролитической диссоциации примеси с ионной связью (NaCl)

Количественной характеристикой способности вещества диссициировать на ионы, является степень электролитической диссоциации α:

α = N _д / N _общ, (17)

где N_д- количество молекул вещества, распавшегося на ионы, N _общ – общее количество молекул вещества.

Чем больше полярность примесей, полярность диэлектрика и выше температура, тем больше α, концентрация ионов (n) и ниже удельное сопротивление диэлектрика.

Зависимость удельного сопротивления жидких диэлектриков (ρ) от степени полярности (ε) приведена на рис.10.5.

Рис. 10.5. Зависимость удельного сопротивления жидких диэлектриков от степени полярности

В жидких неполярных диэлектриках (бензол, трансформаторное масло, бензин и др.) имеет место примесная проводимость, которая обусловлена электролитической диссоциацией ионогенных примесей (например воды), попавшей в диэлектрик в процессе его получения и эксплуатации или образовавшейся в результате термоокислительной деструкции самого диэлектрика.

В жидких полярных диэлектриках (хлордифенилы, касторовое масло, ацетон, этиловый спирт, вода) имеет место собственная и примесная проводимости. Собственная проводимость обусловлена электролитической диссоциацией собственных молекул диэлектрика.

Вода - одна из основных полярных примесей в диэлектриках, практически всегда присутствующая в них. Хотя вода имеет невысокую степень электролитической диссоциации (при 22ºС из 5,55·10⁸ молекул воды диссоциирует только одна), ее присутствие фактически определяет электропроводность неполярных диэлектриков.

Электрофоретическая и электронная проводимости

Электрофоретическая проводимость обусловлена дрейфом коллоидных частиц и диффузионного слоя под действием приложенного электрического поля с разряжением их на электродах (рис. 10.6).

См. Колесов С.Н. Материаловедение и технология конструкционных материалов: Учеб. пособие для вузов/ С.Н. Колесов, И.С. Колесов. – М.: «Высшая школа, 2008, 535 с. - стр 80, рис. 3.8.

Рис. 10. 6. Строение коллоидной частицы с диффузионным слоем: 1 – ядро, 2 - адсорбционный слой, 3 - диффузионный слой, 4 – полярные молекулы

Коллоидная частица состоит из ядра (1), которое образуется путем объединения нескольких молекул жидкого диэлектрика, и адсорбционного слоя (2), состоящего из ионов одного знака и полярных молекул примеси, например, воды. Коллоидная частица притягивает ионы противоположного знака, которые образуют диффузионный слой (3). При приложении электрического поля коллоидная частица перемещается в одном направлении, а диффузионный слой – в другом. Возникает электрофоретический ток.

Электронная проводимость возникает в сильных электрических полях в результате электронной ударной ионизации, внутренней фотоионизации и холодной эмиссии электронов из катода.

Дата добавления: 2017-01-13