Раздел III

Электроизоляционные материалы.

Рис. 36. Пути токов объемной и поверхностной

утечки через диэлектрик: 1- диэлектрик, 2- электроды

Известно, что каждый из материалов, будь то проводник, полупроводник или диэлектрик, проводит электрический ток, т.е. в нем наблюдается явление электропроводности. Проводниковые материалы (серебро, медь, алюминий и др.) очень хорошо проводят электрический ток; полупроводники (германий, кремний и др.) проводят ток в меньшей мере, чем проводниковые материалы. В диэлектриках же наблюдаются очень малые токи, если даже приложить к ним высокое напряжение ( от 1000 В и выше).

У диэлектриков различают два вида электропроводности: объемную электропроводность, которая определяется

током объемной утечки I_U (рис. 36.) и поверхностную электропроводность, обусловленную током поверхностной утечки I_S. Поэтому в диэлектриках различают и два вида удельных сопротивлений – удельное объемное сопротивление ρ_u и удельное поверхностное сопротивление ρ_S. Удельное объемное сопротивление ρ_u количественно определяет способность диэлектрика пропускать электрический ток I_U через его объем, а удельное поверхностное сопротивление ρ_S определяет способность пропускать электрический ток I_S по поверхности диэлектрика. Удельное поверхностное сопротивление измеряют в Омах. Удельное объемное сопротивление может быть положено в основу распределения всех электротехнических материалов на три основные группы: проводники, полупроводник и диэлектрики.

У проводниковых материалов величина удельного объемного электрического сопротивления ρ =10^-6-10^-4 Ом·мм²/м, у полупроводников- ρ =10^-4-10¹⁰ Ом·мм²/м, а у диэлектриков эта характеристика изменяется от 10¹⁰ до 10²⁰ Ом·мм²/м и выше. При рассмотрении процессов электропроводности диэлектриков пользуются также величиной, обратной удельному сопротивлению, которая называется удельной проводимостью. Удельная проводимость обозначается греческой буквой γ (гамма) и вычисляется по формуле:

Аналогично удельным электрическим сопротивлениям различают объемную ( _{γ u}) и поверхностную (γ _s) удельные проводимости, причем размерность первой величины γ _u есть (Ом см)^-1, а второй _{γ s}есть (Ом)^-1. Электрический ток направленное движение электрически заряженных частиц – электронов и ионов. Электроны всегда имеют отрицательный заряд. Ионы же – это атомы, которые потеряли или приобрели некоторое количество электронов. Если атомы потеряли часть электронов, то они становятся положительно заряженными с зарядом, равным сумме утерянных электронов. Если же они приобрели электроны у других атомов, то заряд их отрицателен и равен сумме приобретенных электронов. Эти положительные и отрицательные ионы могут оказаться свободными, т.е. получить способность перемещаться под действием сил электрического поля. Свободные электроны и ионы часто называют носителями электрического тока. Чем больше свободных заряженных частиц в материале, тем большей проводимостью обладает данный материал, и на оборот. Так как проводимость у проводников большая: γ =10⁶ 10⁴ (Ом см)^-1,а диэлектриков малая: γ =10^-10 (Ом см)^-1 и ниже, то, очевидно, в проводниках значительно больше свободных заряженных частиц, чем в диэлектриках. Например, стекло, фарфор и жидкие диэлектрики обладают ионной электропроводностью. В этих диэлектриках частицами, создающими электрический ток, является положительно и отрицательно заряженные ионы. Под действием внешнего электрического напряжения положительные ионы будут двигаться к катоду, а отрицательные к аноду. Дойдя до электрода, ионы нейтрализуются и создают слой отложившегося вещества. По видам электропроводности диэлектрики делят на две группы: одни обладают преимущественно электронной электропроводностью, а другие преимущественно ионной электропроводностью.