3

Билет №5 электропроводность диэлектриков

3.1. Определения и основные понятия

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 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 ρ и удельного поверхностного сопротивления ρs или удельнoй объемной проводимости γ и удельной поверхностной проводимости γs. Значениями ρ и γs обычно пользуются только для твердых ди­электриков. Для плоского образца, находящегося в однородном электриче­ском поле при постоянном напряжении U (рис. 3.2), удельное объемное р (Ом•м) и удельное поверхностное рs (Ом) сопротивления оп­ределяются соответственно по формулам:

р = RS/h, ps = 2πRs / ln(dl/d2), (3.2)

Рис. 3.1. Виды токов проводимости в Рис. 3.2. Система электродов для -

твердом диэлектрике: опреде ления р и ps

диэлектриков:

Iu — ток объемной проводимости 1 — измерительный электрод;

Is — ток оверхностной 2 — «кольцевой» электрод,

проводимости используемый как заземляющий

при определении р и как

высоковольтный при опре- делении ρs; 3 — электрод:

высоковольтный при

определении р и заземляющий

при определении ρs; 4 — образец

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, I); h — толщина образца, м; d1 — внутренний диаметр «кольцевого» электрода, м; d2 — диаметр измерительного электрода, м.

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

γ = 1/ρ, γ = 1/ρs- (3.3)