0. 4.1.4. Проводимость диэлектриков. Проводимость твёрдых диэлектриков.

Твёрдые диэлектрики обладают некоторой небольшой электропроводимостью, которая связана с перемещением заряженных частиц (электронов, ионов). Ионная проводимость существует за счёт отрыва иона от кристаллической решётки.

Составляющие тока диэлектрика:

1. ток смещения ― кратковременный ток (~ 10^-15с) электронной и ионной поляризации;

2. ток абсорбции ― ток замедленной релаксационной поляризации;

3. ток сквозной проводимости;

4. суммарный ток утечки (рис. 4.4).

Рис.4.4. Ток утечки.

Постоянный во времени сквозной ток проводимости существует в постоянном и переменном электрических полях и определяет важный параметр электроизоляционных материалов ― сопротивление изоляции.

,

где U ― напряжение, под действием которого протекает ток утечки.

Проводимость твёрдых диэлектриков характеризуется объёмной и поверхностной проводимостью.

Удельное объёмное электрическое сопротивление ρ_v определяет свойства изоляции, когда ток утечки протекает через объём материала.

ρ_v = R_v ; R_v = ρ_v ,

где S ― площадь электродов, м²; h ― толщина образца, м.

В системе СИ ρ_v численно равно R куба из исследуемого материала с ребром 1м, через который проходит ток от одной грани к противоположной.

Удельное поверхностное сопротивление ρ_s численно равно сопротивлению образца материала в виде квадрата со стороной 1м при прохождении тока через две его противоположные стороны

; ,

где d ― длина электродов, м; l ― расстояние между электродами, м (рис.4.5).

Рис. 4.5. Определение ρ_V, ρ_S.

Удельное сопротивление ρ_S является важной характеристикой изоляционных свойств линейных изоляторов. Удельные сопротивления ρ_V, ρ_S зависят от температуры, приложенного напряжения, содержания примесей. Примеси уменьшают ρ. Загрязнение и увлажнение заметно ухудшают изоляционные свойства диэлектриков.

Присутствие влаги существенно уменьшает сопротивление изоляции. Растворимые в воде примеси диссоциируют на ионы, это же может происходить и с веществом диэлектрика. Влага может просачиваться по волокнам волокнистых материалов. По отношению к воде изоляционные материалы подразделяют на гидрофобные (не смачиваются) и гидрофильные (смачиваются, интенсивно взаимодействуют с водой).

Проводимость жидких диэлектриков.

Носителями зарядов могут быть ионы или молионы. Ионы в жидких диэлектриках образуются в результате электролитической диссоциации. Молионы ― относительно крупные заряжённые частицы (группы молекул). Молионная, электрофоретическая проводимость существует в коллоидных системах (эмульсиях, суспензиях). В электрическом поле при движении молионов (при электрофорезе) в коллоидных системах меняется концентрация дисперсной фазы).

Проводимость газов.

В слабых электрических полях удельная проводимость газов мала. Удельное объёмное сопротивление воздуха при нормальных условиях 10¹⁸Ом∙м. Носители зарядов (электроны, ионы) образуются под действием ионизирующих излучений земной коры, космических лучей, ультрафиолетового излучения солнца, нагревания. Наряду с ионизацией в газе происходит рекомбинация, объединение положительных ионов и электронов с образованием нейтральных молекул.

Рис.4.6. Вольтамперная характеристика газов.

На рис. 4.6 представлена вольтамперная характеристика газов. В слабых электрических полях концентрация зарядов постоянна во времени, и ток протекает в соответствии с законом Ома (участок ОА). На участке АВ ток не меняется (I=const) при увеличении напряжения. Количество носителей зарядов в слабых полях остаётся неизменным и основная масса заряженных частиц достигает электродов, не успев рекомбинировать. На участке ВС при U > U_кр энергия движущихся заряженных частиц оказывается достаточной для начала ударной ионизации нейтральных молекул. Между электродами образуется плазма, наступает пробой газа.