8. Электропроводность твердых диэлектриков.

Диэлектрики – такие материалы, у которых запрещенная зона настолько велика, что электронной электропроводности в обычных условиях не наблюдается.

Полупроводники - вещества с более узкой запрещенной зоной, которая может быть преодолена за счет внешних энергетических воздействий.

Проводники - материалы, у которых заполненная электронами зона вплотную прилегает к зоне свободных энергетических уровней или даже перекрывается ею.

Для твердых диэлектриков принято различать поверхностную и объемную электропроводности.

Поверхностная электропроводность имеет место тогда, когда на поверхности твердого диэлектрика образуется тонкий (невидимый глазом) слой адсорбированной влаги. В этом слое частично растворяются загрязнения, попавшие на поверхность диэлектрика. Молекулы загрязняющих веществ при растворении диссоциируют, образуя ионы. Поэтому слой адсорбированной влаги имеет, как правило, достаточно высокую электрическую проводимость.

Характеристикой этого процесса является удельная поверхностная проводимость γ_s (1/Ом). Величина γ_s зависит от способности диэлектрика адсорбировать на своей поверхности влагу и смачиваться водой, а также от влажности воздуха. Исходя из этого твердые диэлектрики разделяются на гидрофильные и гидрофобные.

Гидрофильные – хорошо адсорбируют влагу и смачиваются водой (угол смачивания менее π/2). Большинство твердых диэлектриков являются гидрофильными материалами (в том числе стекло и фарфор). У них удельная поверхностная проводимость резко увеличивается с ростом относительной влажности воздуха. Например, поверхностная проводимость γ_s глазури на фарфоре при повышении влажности воздуха от 0 до 80% увеличивается от 10^-13 до 10^-9Ом^-1.

Объемная электропроводность. Это способность твердого диэлектрика проводить в электрическом поле ток. Она может быть обусловлена движением ионов одного или обоих знаков, а в сильных электрических полях – и движением свободных электронов.

Ионная проводимость твердых диэлектриков наблюдается в слабых и сильных электрических полях. Создающие эту проводимость ионы могут принадлежать основному веществу или компоненте диэлектрика, однако в большинстве случаев ионы является примесями.

Свободные электроны в твердом диэлектрике могут образовываться в результате эмиссии с поверхности катода, вследствие эмиссии дырок (вакантных мест) с поверхности анода и туннельного перехода электронов из нормальной (валентной) зоны в зону проводимости.

9. Поляризация твердых диэлектриков, диэлектрические потери.

Поляризация диэлектриков — явление, связанное с ограниченным смещением связанных зарядов в диэлектрике или поворотом электрических диполей, обычно под воздействием внешнего электрического поля, иногда под действием других внешних сил или спонтанно.

Поляризацию диэлектриков характеризует вектор электрической поляризации. Физический смысл вектора электрической поляризации — это дипольный момент, отнесенный к единице объема диэлектрика. Вектор поляризации применим для описания макроскопического состояния поляризации не только обычных диэлектриков, но и сегнетоэлектриков, и, в принципе, любых сред, обладающих сходными свойствами.

Поляризация — состояние диэлектрика, которое характеризуется наличием электрического дипольного момента у любого (или почти любого) элемента его объема.

Поляризация:

1)Деформационная (электронная),

2)Дипольная,

3) Миграционная (внутрисловевая)

Электронная поляризация представляет смещение под воздействием внешнего электрического поля орбит электронов относительно положительно заряженного атома ядра.

Ионная поляризация - смещение относительно друг друга ионов, образующих молекулы диэлектрика.

Дипольная поляризация – существует в диэлектриках с жесткими диполями в неполяризованном диэлектрике направлены хаотически по всем направлениям, при этом суммарный момент диэлектрика равен нулю.

Миграционная поляризация имеет место в неоднородных диэлектриках и обусловлена движением в электрическом поле свободных зарядов (обычно ионов). Она представляет практический интерес в связи с тем, что наблюдается в изоляции конструкций ВН, в которой обычно используются неоднородные диэлектрические материалы или комбинации диэлектриков.

Сущность миграционной поляризации поясним на простом примере двухслойного диэлектрика, расположенного между плоскими электродами. Для такого диэлектрика возможны две схемы замещения. Для миграционной поляризации характерно накопление на границе слоев неоднородного диэлектрика заряда абсорбции.