Электронное учебно-методическое пособие по учебной дисциплине Материаловедение для учащихся специальности 2-41 01 31 Микроэлектроника

верхностного сопротивлений диэлектриков.

3.2 Вычислить сопротивления по формулам 1, 2 и 3, результаты занести в таблицу 1.

4 Содержание отчета

4.1Цель работы.

4.2Оформленное задание.

4.3Результаты вычислений, сведенные в таблицу.

5 Контрольные вопросы

5.1Дать определение удельного объемного сопротивления диэлектрика.

5.2Дать определение удельного поверхностного сопротивления диэлектрика.

5.3Перечислить факторы, влияющие на величину удельного объемного и удельного поверхностного сопротивления.

5.4Указать условия возникновения объемной электропроводности диэлектрика.

5.5Указать условия возникновения поверхностной электропроводности ди-

электрика.

5.6 Указать способ повышения поверхностного сопротивления диэлектрика.

221

течение 10-16 … 10-15 с, поэтому не вызывает рассеяние энергии в диэлектрике.

Таким образом, ток, проходящий через диэлектрик, представляет собой сумму токов смещения Iсм, абсорбции Iаб и сквозного Iск:

Так как абсорбционный ток быстро затухает, то электропроводность изоли-

рующих материалов при постоянном напряжении определяется по сквозному току:

I – общий ток, проходящий через диэлектрик, А;

U – приложенное напряжение, В.

При определении электропроводности диэлектрика необходимо измерять

Следовательно, при постоянном напряжении потери, вызванные током аб-

сорбции, имеют место только в период, когда происходит процесс медленных поляри-

заций, т.е. при включении конденсатора.

При переменном напряжении Iабс имеет место, если время релаксации про-

цесса медленных поляризаций меньше или соизмеримо с полупериодом приложенно-

го напряжения. В этом случае мощность, рассеиваемая в диэлектрике под воздей-

ствием на него электрического поля, т.е. диэлектрические потери, обусловливаемые токами Iск и Iабс, наблюдаются в течение всего времени воздействия приложенного напряжения.

На векторной диаграмме токов, протекающих через конденсатор с диэлек-

триком при переменном напряжении (см. рисунок 1), емкостной ток Iсм опережает напряжение U по фазе на угол 90° и поэтому не создает потерь мощности в диэлек-

трике.

223

напряжения, тем больше потери в диэлектрике, тем хуже диэлектрик. Для хороших

Поскольку ток абсорбции со временем уменьшается, то сопротивление изо-

ляции возрастает. После завершения переходного процесса в установившемся режи-

ме через диэлектрик протекает только ток сквозной проводимости Iск = Iу.

Истинное сопротивление диэлектрика определяется сквозным током и назы-

вается сопротивлением изоляции

Для твердых диэлектриков ток утечки может протекать через весь объем V,

а также по его поверхности S от одного электрода к другому электроду. В связи с этим для твердых электроизоляционных материалов различают объемный ток утеч-

ки Iv и поверхностный Is, а также удельные объемную и поверхностную электропро-

водности и соответственно объемное и поверхностное сопротивления.

где S - удельное поверхностное сопротивление диэлектрика, Ом.

225

Образовавшийся на поверхности увлажненный и загрязненный слой имеет обычно небольшое сопротивление, поэтому ток утечки может быть достаточно большим. Он может нагреть поверхность диэлектрика до температуры боле 100°С.

Это вызывает вскипание воды на поверхности диэлектрика, образование микротрещин и разрушение поверхностного слоя изоляции. Для защиты поверхности изоляционных материалов применяют грязестойкие глазури и кремнийорганические лаки.

Объемное сопротивление образца

226

где V - объем диэлектрика, м3.

Электропроводность диэлектриков, как и их сопротивление Rизол, не явля-

ются постоянными величинами. Они зависят от величины приложенного к образцу напряжения, температуры окружающей среды и влажности.

При увеличении приложенного напряжения, температуры и влажности электропроводность диэлектриков увеличивается, а сопротивление изоляции уменьшается.

При длительной работе под нагрузкой ток утечки через твердые и жидкие диэлектрики с течением времени может уменьшаться или увеличиваться.

Уменьшение тока со временем означает, что электропроводность материала была обусловлена ионами посторонних примесей, и ток уменьшается за счет элек-

трической очистки.

Увеличение тока со временем говорит о протекающем в диэлектрике необ-

ратимом процессе старения под действием напряжения, которое способно посте-

пенно привести к разрушению диэлектрика.

3 Порядок выполнения работы

3.1Изучить векторную диаграмму токов, протекающих через диэлектрик.

3.2Вычислить объемное, поверхностное и полное сопротивления, ток утеч-

ки, мощность потерь и удельные диэлектрические потери по формулам 4, 5, 8, 9, 10, 11, 12 и результаты занести в таблицу 1.

4 Содержание отчета

4.1 Цель работы.

227

4.2Оформленное задание.

4.3Результаты вычислений, сведенные в таблицу.

5 Контрольные вопросы

5.1 Перечислить факторы, оказывающие влияние на объемную электропро-

водность диэлектрика.

5.2Назвать причины поверхностной электропроводности диэлектрика.

5.3Перечислить способы повышения поверхностного сопротивления ди-

электрика.

5.4 Назвать токи, которые протекают в диэлектрике в момент включения ис-

точника напряжения.

5.5Охарактеризовать изменение сопротивления изоляции при увеличении приложенного напряжения, температуры и влажности.

5.6Назвать процессы, происходящие в диэлектрике при уменьшении токов утечки с течением времени.

5.7Назвать процессы, происходящие в диэлектрике при увеличении токов утечки с течением времени.

228