Электропроводность жидкостей

Электропроводность жидких диэлектриков тесно связана со строением молекул жидкости. В неполярных жидкостях электропроводность зависит от наличия диссоциированных примесей, в том числе влаги; в полярных жидкостях электропроводность определяется не только примесями, но иногда и диссоциацией молекул самой жидкости. Ток в жидкости может быть обусловлен как передвижением ионов, так и перемещением относительно крупных заряженных коллоидных частиц. Невозможность полного удаления способных к диссоциации примесей из жидкого диэлектрика затрудняет получение электроизоляционных жидкостей с малыми значениями удельной проводимости.

Полярные жидкости всегда имеют повышенную проводимость по сравнению с неполярными, причем возрастание диэлектрической проницаемости приводит к росту проводимости. Сильнополярные жидкости отличаются настолько высокой проводимостью, что рассматриваются уже не как жидкие диэлектрики, а как проводники с ионной электропроводностью.

Очистка жидких диэлектриков от содержащихся в них примесей заметно повышает их удельное сопротивление. При длительном пропускании электрического тока через нейтральный жидкий диэлектрик также можно наблюдать возрастание сопротивления за счет переноса свободных ионов к электродам (электрическая очистка).

Удельная проводимость любой жидкости сильно зависит от температуры. С увеличением температуры возрастает подвижность ионов в связи с уменьшением вязкости и может увеличиваться степень тепловой диссоциации. Оба эти фактора повышают проводимость.

Математически удельная проводимость электроизоляционной Жидкости наиболее точно описывается выражением:

где А и а — постоянные, характеризующие данную жидкость.

В нешироком интервале температур зависимость удельной проводимости жидких диэлектриков от температуры может быть выражена следующей формулой:

где и γ0 и α— постоянные величины для данной жидкости, t — температура, °С.

для того чтобы показать зависимость удельной проводимости жидкости от ее вязкости, воспользуемся законом Стокcа- для движения шара в вязкой среде под действием постоянной силы. При этом установившаяся скорость будет:

где F— сила, г — радиус шара, η— динамическая вязкость жидкости.

Сила, действующая на носитель заряда и вызывающая его направленное перемещение, будет:

где q — заряд носителя, Е — напряженность электрического поля. Воспользовавшись общим выражением для удельной проводимости:

И подставляя в него выражения и получим :

где n0 — концентрация носителей заряда, отсюда:

П олагая, что n0, q , r не изменяются с температурой, т. е. пренебрегая тепловой диссоциацией из равенства получаем, что произведение удельной

проницаемости и вязкости при разных температурах для данной жидкости остается постоянным (правила Л. В. Писаржевского и П. И Вальдена).

И з выражения при тех же условиях следует, что проводимость возрастает при уменьшении вязкости. При влиянии температуры на степень диссоциации частиц жидкости произведение γη не остается постоянным и растет с температурой. для полярной жидкости — льняного масла — произведение γη остается почти постоянным при разных температурах; электропроводность трансформаторного масла обусловлена движением ионов примесей, степень диссоциации которых. с температурой растет, а потому произведение γη увеличивается с температурой.

На рис. 2-3 представлена зависимость удельной проводимости жидкого масляно

канифольного. компаунда от температуры, соответствующая уравнению

при значении коэффициента а = 9100 К. На этом рисунке, как и на некоторых последующих, по оси ординат отложена удельная проводимость в логарифмическом масштабе, умноженная на 10¹², по оси абсцисс— числа, обратные абсолютным температурам, умноженные на 105 и соответствующие значения температуры по стоградусной шкале.

На рис. 2-4 показан характер зависимости тока от напряженности поля в жидких диэлектриках. для жидкостей высокой степени очистки на кривой возможен горизонтальный участок, отвечающий току насыщения (как и в случае газов).

В табл. 2-1 приведены значения удельного объемного сопротивления и диэлектрической проницаемости некоторых при температуре 20° С.

В коллоидных системах наблюдается молионная, или электрофоретическая электропроводность, при которой носителями заряда являются группы молекул — молионы.

Из коллоидных систем в электротехнике используются эмульсии (оба компонента —жидкости) и суспензии (твердые частицы в жидкости). Устойчивость эмульсий и

с успензий объясняется наличием на частицах дисперсной фазы электрических зарядов. При наложении поля молионы приходят в движение, что и выражается внешне, как явление электрофореза. Электрофорез отличается от электролиза тем, что при нем не наблюдается образования новых веществ, а лишь меняется относительная концентрация дисперсной фазы в различных слоях жидкости.

Электрофоретическая электропроводность наблюдается, в частности, в маслах, содержащих эмульгированную воду, и в органических жидкостях, содержащих смолы.