4.5 Электропроводность диэлектриков

В диэлектрике под воздействием внешнего поля происходит поляризация – перемещение электрических зарядов, а это перемещение электрических зарядов и есть электрический ток в диэлектрике. Ток при электронной и ионной поляризации называется током смещения, его мгновенное значение I_СМ. Он проходит в очень малые промежутки 10^-15 с.

Релаксационная поляризация вызывает прохождение в диэлектрике тока абсорбции I_АБ .

Наличие в диэлектрике небольшого числа свободных зарядов обуславливает возникновение небольшого по величине сквозного тока I_СК. Таким образом, суммарный ток в диэлектрике, называемый током утечки, равен:

I_УТ = I_СК + I_АБ + I_СМ . (4.7)

В случае постоянного тока в первый момент значение тока через диэлектрик значительно больше, чем спустя некоторое время, так как со временем I_СМ и I_АБ - прекращаются, так как обуславливаются быстропротекающими процессами поляризации, и на постоянном токе проводимость диэлектрика определяется только сквозным током.

На переменном токе будут все три вида токов в течении всего времени приложения напряжения.

Электропроводность диэлектриков в первую очередь определяется наличием в них загрязнений, т.е. примесей. При повышении температуры электропроводность диэлектрика увеличивается, так как под воздействием температуры происходит разрушение молекул диэлектрика, появляются свободные носители. Чем выше температура, тем сильнее увеличивается проводимость диэлектрика, падает сопротивление.

В твердых диэлектриках необходимо различать объёмную и поверхностную электропроводность.

Рисунок 4.9 – Схема прохождения объемного и поверхностного сквозных токов в твердом диэлектрике:

1 – электроды; 2 – диэлектрик.

Объемная электропроводность при низких t обусловлена передвижением слабо закреплённых ионов – ионов примеси. При повышении t проводимость обусловлена переносом ионов основных материалов диэлектрика, освобожденных из узлов кристаллической решетки. У гигроскопичных материалов (ткани, пористая керамика) объемная проводимость возрастает во влажном воздухе за счет поглощения влаги. Это явление обратимое. Если высушить такой диэлектрик, то проводимость его уменьшается.

Поверхностная электропроводность диэлектрика зависит от состояния поверхности диэлектрика, от степени ее увлажнения и загрязнения. Вода на поверхности диэлектрика способствует диссоциации молекул диэлектрика на ионы, за счет чего и повышается поверхностная проводимость. Чтобы снизить её, диэлектрики, используемые как электроизоляционные материалы, покрывают влагостойкими, не смачиваемыми гидрофобными веществами, например глазурью, кремний органичными лаками или промывают спиртом, водой с последовательной просушкой. Наиболее эффективно длительное кипячение в дистиллированной воде.

Объемная и поверхностная электропроводность характеризуются удельным объемным и удельным поверхностным сопротивлениями диэлектрика.

Удельное объемное сопротивление – это сопротивление куба диэлектрика с ребром 1 метр умноженное на 1 метр, причем считают, что ток проходит только сквозь куб от одной его грани к противоположной.

Объемное удельное сопротивление плоского образца материала рассчитывается так:

ρ_V = R_V ∙ S ∕ h , (4.8)

где R_V – объемное сопротивление образца в Ом;

S – площадь электрода, м²;

h – толщина образца.

Удельное поверхностное сопротивление ρ_S равно сопротивлению любых размеров квадрата на поверхности диэлектрика, ток через который идет от одной стороны к другой противоположной.

Это сопротивление в Ом рассчитывается так:

ρ_S = R_S ∙ d ∕ l , (4.9)

где R_S – поверхностное сопротивление образца между параллельными электродами шириной d на расстоянии друг от друга l. При d = l ρ_S = R_S

Рисунок 4.10 – Схема измерения поверхностного удельного сопротивления:

1 – электроды; 2 – диэлектрик.

Полное сопротивление диэлектрика в Ом можно рассматривать как сумму параллельно включенных объемных и поверхностных сопротивлений:

1 ∕ R = 1 ∕ R_V + 1 ∕ R_S = (R_S + R_V) ∕ (R_V ∙ R_S) (4.10)