3.5. Електропровідність рідини

У

Рис.3.3. До роз’яснення механізма електролітичної дисоціації.

рідких діелектриках спостерігається в основному іонна й електрофоретична провідності. В області сильних електричних полів до цих видів провідності додається електронна складова.

Основним видом носіїв зарядів у рідині є позитивні й негативні іони. Іони в рідині утворюються в результаті електролітичної дисоціації (розпаду) іоногенних речовин (домішок) під дією полярних молекул середовища (розчинника). Вода є сильно полярним розчинником. Полярні молекули розчинника притягаються іонами домішки й орієнтуються біля цих іонів, рис.3.3.

Притягуючи іони кристалів домішки до себе, молекули розчинника послабляють зв'язок між іонами молекули. У результаті іони відділяються від ґрат і переходять у розчинник, а молекула розпадається на іони. іони, що утворювалися, залишаються пов'язаними з полярними молекулами розчинника.

Процес електролітичної дисоціації оборотний, що приводить до стану рівноваги між недисоційованими молекулами й іонами

А В А+ + В-

Кількісною характеристикою здатності речовини дисоціювати є ступінь електролітичної дисоціації α. Ступінь електролітичної дисоціації α – це відношення числа молекул, що розпалися на іони, до загального числа молекул. Якщо α = 0, то дисоціація відсутня, відповідно, якщо α = 1 (або 100%), та речовина дисоційована повністю.

Вода – це основна з полярних домішок у діелектриках, що практично завжди присутня в технічних діелектриках. Вода має незначний ступінь електролітичної дисоціації. При 0°С α =6,09∙10^-10. При збільшенні температури до 100°С ступінь електролітичної дисоціації збільшується в 100 раз. При низьких температурах вода проявляє властивості слабкого лугу, а при високих температурах – властивості слабкої кислоти.

Електролітична дисоціація відбувається у відсутності електричного поля, а ступінь електролітичної дисоціації залежить від наступних факторів : 1)полярності молекул домішки, 2) полярності середовища (розчинника) і 3)температури. У рідких неполярних діелектриках іони можуть утворюватися як у результаті електролітичної дисоціації домішок, що потрапили в діелектрик, а також у результаті електролітичної дисоціації продуктів термоокислювальної деструкції (старіння) самої речовини.

Електрофоретичена провідність обумовлена рухом заряджених колоїдних часток. Колоїдні частки в рідині утворюються при структуруванні молекул діелектрика. З декількох молекул діелектрика утворюються довгі ланцюжки, об'єднані кисневими містками. Ці молекулярні ланцюжки агрегуються в клубки й утворюють ядра колоїдних часток. На поверхні ядра колоїдної частки абсорбуються іони одного знака, у результаті чого формується адсорбційний шар. Ядро з адсорбційним шаром представляє єдиний комплекс, називаний колоїдною часткою. Зовні колоїдна частка покрита дифузійним шаром з іонів протилежного знака. Колоїдна частка має значно більші розміри, чому найбільші молекул. В електричнім полі частина дифузійного шару відділиться, а частина, що залишився, колоїдної частки стає великим носієм заряду.

Електропровідність рідких неполярних діелектриків (наприклад, трансформаторних масел) визначається в основному тільки природою й концентрацією іоногенної домішки. Тому питомий опір технічно чистих рідких неполярних діелектриків досить велике (ρ = 10¹⁰ – 10¹⁴ Ом∙м).

У рідких полярних діелектриках (наприклад, поліхлордіфеніли) поряд з молекулами домішки можуть дисоціювати і молекули розчинника. Молекули домішки також дисоціюють значно сильніше в полярному розчиннику. Тому питомий опір полярних рідин завжди нижче (ρ = 10⁸ – 10¹¹ Ом∙м), чому в неполярних діелектриків.