13. Влияние влаги на электропроводность диэлектриков.

1. Электропроводность определяется содержанием влаги в объеме и на поверхности образца. Электропроводность воды: .Диэлектрическая проницаемость воды: .Таким образом, воды обладает высокой электропроводностью и повышенным значением диэлектрической проницаемости. В присутствии воды происходит диссоциация молекул примесей, что увеличивает число свободных носителей заряда и увеличивает проводимость. Силы, действующие между полярными молекулами воды и молекулами поверхности диэлектрика, могут быть притягивающими (гидрофильными поверхности), либо отталкивающими (гидрофобными поверхности). Гидрофильные – полярные диэлектрики со смачиваемой поверхностью. Гидрофобные – неполярные диэлектрики, чистая поверхность которых не смачивается водой. 1.Диэлектрик, смачиваемый водой и поглощающий влагу. 2.Диэлектрик смачиваемый, но не поглощающий влагу. 3 Диэлектрик, не смачиваемый и не поглощающий влагу.У качественного диэлектрика объемное и поверхностное сопротивления должны иметь следующие значения:

и

13. Электропроводность жидких диэлектриков.

Электропроводность жидкостей тесно связана со строением их молекул. Существует два основных вида электропроводностей жидкостей: ионная и молионная. Различают собственную и примесную проводимости. Ионная электропроводность. В неполярных жидкостях электропроводность примесная, которая обусловлена диссоциацией примесей, в том числе и влаги. В полярных жидкостях электропроводность определяется не только примесями, но и ионами, образовавшимися в процессе частичной диссоциации молекул самого диэлектрика. Чем сильнее полярность жидкости, тем больше ее относительная диэлектрическая проницаемость ε и тем выше электропроводность γ. Ионная электропроводность с ростом температуры возрастает по экспоненциальному закону: где W₁ и W₂ — энергии активации проводимости ионов жидкости и примесей; k — коэффициент Больцмана (8,6·10^{- 5 эВ} ); А₁ и А₂ — постоянные, характерные для жидкости и примесей

Для диэлектрических жидкостей выполняется правило Вальдена, заключающееся в том, что произведение удельной проводимости γ на вязкость жидкости η является константой и не зависит от температуры. γη=const. Практическое значение правила Вальдена заключается в том, что зная γ, можно определить η и наоборот. Отклонение от правила Вальдена возможно по следующим причинам. электропроводность имеет примесный характер; когда концентрация ионов зависит от температуры; при активном пропускании постоянного тока происходит истощение ионной проводимости, и ток носит электронный характер. Характерная зависимость электропроводности диэлектрических жидкостей от напряженности электрического поля приведена на рис. 4.9. Ток в жидкости в полях до 10⁵ В/см меняется по линейному закону, то есть электропроводность остается величиной постоянной. При дальнейшем увеличении электрического поля электрический ток быстро возрастает. При этом происходят явления, характерные для сильных полей (эмиссия электронов с катода и др.), и ток носит в основном электронный характер.

13. Пробой газов. Кривая Пашена.

Пробой газов носит чисто электрический характер, поскольку начинается с ударной ионизации электронами. Воспроизведение разряда осуществляется вырыванием электронов из катода положительными ионами и фотонами. Развитие лавинообразного процесса идет в шесть стадий. Первая стадия. Незначительное количество свободных электронов и ионов под действием электрического поля получают добавочную скорость и начинают двигаться с приобретенной энергией. W=qUλ, где U_λ — разность потенциалов на длине свободного пробега λ. Если поле однородно, то U =Eλ λ, где λ — среднее расстояние между двумя соударениями. Таким образом,

W=qEλ . Вторая стадия. Если приобретенная энергия велика, то при соударении движущейся частицы с нейтральной происходит: − возбуждение; − ионизация при энергии, большей энергии ионизации, т. е. происходит расщепление молекул на электроны и положительные ионы. Третья стадия. Одновременно развивается фотонная ионизация за счет поглощения нейтральными молекулами энергии фотонов, испускающих возбуждение, но не ионизированными атомами. Четвертая стадия. Появившиеся свободные электроны ионизируют или возбуждают нейтральные молекулы. Положительные ионы выбивают электроны при ударах о катод. Пятая стадия. Число свободных носителей лавинообразно нарастает, образуются стримеры — проводящие каналы. Отрицательный стример содержит электроны и отрицательные ионы, движущиеся от катода к аноду. Положительный стример содержит положительные ионы, движущиеся от анода к катоду. Шестая стадия. Стримеры мгновенно развиваются, происходит электрический пробой. Электрическая прочность газа в нормальных условиях не велика и зависит от следующих факторов: Химический состав. В однородном поле при нормальных условиях электрическая прочность воздуха 3(кв/мм). Для инертных газов электрическая прочность значительно ниже. У галогеносодержащих газов (фреона (CF₂Cl₂), элегаза (SF₆)) электрическая прочность в 2,5 - 3 раза больше электрической прочности воздуха. Форма электрического поля. В неоднородном поле эл.прочность ниже Расстояние между электродами. Меньше расстояние – больше прочность (малая длина свободного пробега, поскольку затруднено формирование электронной лавины). Частота электрического поля. Падение электрической прочности с ростом частоты вызвано искажением поля вследствие образования положительных пространственных зарядов из-за малой подвижности положительных ионов, которые не успевают за половину периода достигнуть электродов. Увеличение электрической прочности с дальнейшим увеличением частоты связано с затруднением развития пробоя за очень малое время полупериода. Влажность. Электрическая прочность сильно зависит от влажности, так как у воды повышенная проводимость. Температура. Электрическая прочность пропорциональна плотности газа, которая обратно пропорциональна температуре, следовательно, электрическая прочность обратно пропорциональна температуре. Атмосферное давление. Зависимость электрической прочности газа от давления определяется кривой Пашена. В правой части графической зависимости, электрическая прочность возрастает в связи с уменьшением длины свободного пробега электронов, из-за уменьшения расстояния между молекулами газа. В левой части — электрическая прочность возрастает из-за того, что происходит разряжение газа, в результате уменьшается вероятность столкновения электронов с молекулами газа