5. Электропроводность твердых диэлектриков. Токи смещения, абсорбции и сквозной проводимости.

Идеальный диэлектрик должен иметь бесконечно большое элек­трическое сопротивление и не должен пропускать электрический ток. Однако диэлектрики, используемые в технике, обладают неко­торой электропроводностью (током утечки), и их удельное сопротив­ление составляет величину, лежащую в пределах от 10⁶ до 10¹⁷ Ом•м и выше.

Электропроводность диэлектриков зависит от их химического состава и строения, типа и концентрации дефектов и ионогенной примеси, а также интенсивности воздействия внешнего ионизирую­щего излучения, напряженности электрического поля, температуры, влажности, давления и т.п. Электропроводность обусловлена нали­чием свободных и слабо связанных носителей заряда в диэлектрике, а также зарядов, инжектированных в сильных полях из электродов (холодная эмиссия электронов из катода). Эти заряды под действием приложенного постоянного напряжения приобретают направленное движение (дрейф), вызывая тем самым электрический ток. В зависи­мости от вида заряженных частиц (ионы, электроны и коллоидные частицы) различают ионную, электронную и электрофоретическую проводимости. В слабых электрических полях у газообразных диэлек­триков электропроводность ионная и электронная, у жидких — ион­ная и электрофоретическая, у твердых — ионная.

3.1.1. Электропроводность объемная и поверхностная

Электропроводность диэлектриков имеет две характерные осо­бенности. Первая особенность заключается в том, что при приложе­нии к образцу твердого или жидкого диэлектрика постоянного на­пряжения через него протекает ток сквозной проводимости (ток утечки) I, который складывается из двух составляющих: тока объем­ной проводимости Iu и тока поверхностной проводимости Is (рис. 3.1):

I=Iu+Is. (3-1)

Для сравнительной оценки величин токов объемной и поверхно­стной проводимостей пользуются значениями удельного объемного со­противления р и удельного поверхностного сопротивления ps или удель­ной объемной проводимости γ и удельной поверхностной проводимости γs. Значениями γs и ps обычно пользуются только для твердых ди­электриков.

Для плоского образца, находящегося в однородном электриче­ском поле при постоянном напряжении U (рис. 3.2), удельное объ-

Рис. 3.1. Виды токов проводимости в твердом диэлектрике:

Iu — ток объемной проводимости; Is — ток поверхностной проводимости

Рис. 3.2. Система электродов для опреде­ления р и рs диэлектриков:

1 — измерительный электрод;

2 — «кольцевой» электрод, используемый как заземляющий при определении р и как высоковольтный при опре­делении ps;

3 — электрод: высоковольтный при определении р и заземляющий при определении рs;

4 — образец

-емное р (Ом*м) и удельное поверхностное рs (Ом) сопротивления оп­ределяются соответственно по формулам:

где R — объемное сопротивление образца, Ом (R = U/Iu); Rs — по­верхностное сопротивление образца, Ом (R = U/Is); S — площадь из­мерительного электрода, м² (см. рис. 3.2, 7); h — толщина образца, м; d1 — внутренний диаметр «кольцевого» электрода, м; d2 — диаметр измерительного электрода, м.

Удельная объемная γ, См/м (Ом^-1м^-1), и удельная поверхностная γs, См (Ом^-1), проводимости являются величинами, обратными соот­ветствующим удельным сопротивлениям:

(3.3)