Лабораторная работа № 1 «исследование электропроводности изоляционных материалов»

1 Цель работы

Ознакомление с методом определения удельного объемного и удельного поверхностного сопротивлений диэлектриков.

2 Общие сведения

Все реальные диэлектрические материалы обладают некоторой электропроводностью и не являются идеальными изоляционными материалами.

Вследствие резкой зависимости электропроводности диэлектриков от дефектов структуры и малых количеств примесей, концентрирующихся в основном у поверхности, электрическое сопротивление изоляционного материала R рассматривают состоящим из объемного R_Vи поверхностного R_Sсопротивлений, включенных параллельно, т. е.. Поэтому следует учитывать и два вида проводимости: объемную и поверхностную, соответствующие токам утечки через толщину диэлектрика и по его поверхности.

Основным условием электропроводности диэлектрика является наличие в нем свободных зарядов - носителей тока. Под действием поля заряды будут двигаться в направлении силовых линий, и скорость их движения будет находиться в прямой зависимости от напряженности поля. Плотность тока в этом случае можно определить из уравнения j = nqV, где n - количество; q - величина заряда; V -средняя скорость движения зарядов.

В диэлектриках электропроводность может быть трех видов: электронная, ионная, молионная.

Электронная электропpoводностьхарактеризуется перемещением электронов в диэлектрике под действием электрического поля. Она наблюдается у соединений металлов с серой и у некоторых окислов металлов. При электронной проводимости отсутствует перенос вещества.

Ионная электропроводностьобуславливается движением ионов и является основным видом электропроводности в диэлектриках. Она наблюдается в растворах и расплавах солей, кислот, щелочей. Ионная электропроводность связана с электрической диссоциацией и расщеплением молекул на катионы (+) и анионы (-).

При ионной проводимости наблюдается разложение вещества на ионы, перенос их и образование новых химических веществ на электродах. Количество перенесенного вещества пропорционально количеству ионов, прошедших через диэлектрик. Общее количество электричества эквивалентно количеству осажденных на электродах химических веществ, которое называется числом переноса и наблюдается как у жидких, так и твердых диэлектриков.

Молионная электропроводностьпроисходит вследствие движения заряженных частиц вещества -молионов. Она наблюдается в коллоидных системах: лаках, эмалях, суспензиях, эмульсиях и т. д., в которых дисперсная фаза равномерно взвешена в дисперсионной среде. Молионная проводимость эквивалентна сквозному. перемещению и осаждению на электродах коллоидных частиц растворенного вещества, проходит без электролитической диссоциации и не связана с образованием новых веществ, как при ионной проводимости. Большое влияние на молионную электропроводность оказывает вязкость вещества. Движение молионов под действием электрического поля называетсяэлектрофорезом.

3 Методика выполнения работы

Измерение электрических сопротивлений диэлектриков проводятся на постоянном токе тремя методами: методом непосредственного отклонения, методом заряда конденсатора и мостовым методом.

Метод непосредственного отклонения основан на измерении величины тока, проходящего через испытуемый образец, при известной разности потенциалов между электродами.

Сущность метода заряда конденсатора устоит в измерении величины заряда конденсатора, накопленного в нем, и тока, протекающего через испытуемый образец.

Процесс измерения мостовым методом сводится к включению испытуемого образца в одно из плеч моста, изменению одного или нескольких сопротивлении других плеч до установки кулевого тока в диагонали моста и вычислению сопротивления образца по известной формуле.

В данной работе для измерения удельного объемного и поверхностного сопротивлений используется метод непосредственного отклонения. На рис.1 представлена принципиальная, схема установки, а на рис.2 - схемы включения образца с охранным кольцом для измерения _V(рис.2, б) и_S(рис.2, в).

Рис. 1. Схема измерительной установки.

Рис. 2. Схема включения образца диэлектрика.

Для измерений _Vи_Sтвердых диэлектриков берутся образцы в виде квадратных или круглых пластин. К поверхности образцов должны прилегать электроды из фольги или металла, нанесенного на поверхность диэлектрика распылением. Образец диэлектрика включается в цепь источника постоянного тока. Значение_Vвычисляется на основании измеренного тока объемной утечки I_V, протекающего через объем диэлектрика между электродами А и В. Значение_S, соответственно вычисляется на основании тока поверхностной утечки I_S, протекающего по поверхности диэлектрика между электродом А и охранным кольцом Б. Величина токов I_V, и I_Sизмеряется с помощью зеркального гальванометра G, включенного последовательно с испытуемым образцом диэлектрика. Для расширения пределов измерения используется универсальный шунт Ш. Ключ K₁служит для успокоения гальванометра. Напряжение на образце определяют по вольтметру источника питания V. При этом падением напряжения на резисторе R₀и гальванометре пренебрегают. Токоограничивающий резистор R₀исключает возможность возникновения в цепи больших токов при пробое образца или при случайно возникшем коротком замыкании в цепи; сопротивление его установлено много меньше сопротивления образца. Тумблер К₂служит для включения образца по схеме рнс.2,б или рис.2, в (измерение_Vи_S).