3.3.2. Основные электрические характеристики материалов.

Проводниковые свойства материалов характеризуют величиной электропроводности  (См/м) или величиной, обратной , - удельным сопротивлением  = 1/ (Ом^.м). Допускается использование внесистемных единиц: 1 Ом^.м = 10⁶ мкОм^.м = 10⁶ Ом^.мм²/м. Сопротивление проводника произвольных размеров вычисляется по формуле R = L/S, где R – Ом,  - Омм, L – длина проводника, м, S – площадь поперечного сечения проводника, м².

В диэлектриках различают ещё поверхностное сопротивление.

R_s = r_s a/b (19)

З десь r_s – удельное поверхностное сопротивление, а – расстояние между электродами, b – длина электродов (см. схему)

] а [bbbb

Общее сопротивление диэлектрика R_д = R_v^. R_s / (R_v + R_s) (20)

Температурный коэффициент удельного сопротивления (К^-1), выражается формулой

ТКρ = α_ρ = (1/ρ) dρ/dT

ТКρ не является постоянной величиной, но в узких температурных интервалах можно считать ТКρ постоянным. В этом случае

ρ₂ = ρ₁ [1 + α_ρ (T₂ – T₁)]

Между TKR, TK_ρ и ТК_L (ТК линейного расширения) существует соотношение:

α_R = α_ρ – α_L

Следует иметь в виду, что для чистых металлов обычно α_L << α_ρ, так что в формуле можно пренебречь α_L и формула примет вид α_R ≈ α_ρ.

(Можно предложить решить несколько задач)

Проводники первого рода обладают электронной проводимостью, (осуществляется движением электронов и/или дырок.) В них проводимость  пропорциональна 1/Т и  растёт с температурой. К ним относятся все металлы. Проводники второго рода обладают ионной проводимостью, их называют электролитами. Проводимость электролитов растёт с ростом температуры

Общее уравнение электропроводности имеет вид  = qn, (3.10)

где q – заряд носителя заряда, n – число носителей заряда,  - подвижность носителя заряда. Если в материале имеются вещества, способные дисcоциировать на ионы, то рост температуры будет усиливать степень диссоциации и, соответственно, увеличивать число носителей электрического заряда и увеличивать электропроводность. Это справедливо и для диэлектриков, электропроводность которых в основном определяется присутствием ионных примесей. К твёрдым диэлектрическим материалам относятся подавляющее большинства полимеров и полимерных композиционных материалов, подавляющее большинство стёкол и керамики, многие кристаллы.

Для описания свойств диэлектриков используются следующие характеристики: относительная диэлектрическая проницаемость , удельное объёмное сопротивление _v (Ом ^. м) и удельное поверхностное сопротивление _s, (Ом), тангенс угла диэлектрических потерь tg, электрическая прочность Е_пр (МВ/м). Кроме этих основных характеристик используется и ряд других, в частности, температурные коэффициенты основных характеристик.

Диэлектрики используются как электроизоляционные материалы и как активные материалы, создающие ёмкость в конденсаторах.

Относительная диэлектрическая проницаемость  представляет собой отношение заряда Q, полученного при некотором напряжении на конденсаторе, содержащем данный диэлектрик, к заряду Q_о, который можно было бы получить в конденсаторе тех же размеров и при том же напряжении, если бы между электродами находился вакуум.

 = Q/Q₀ (1)

Диэлектрическая проницаемость  вакуума принята равной 1, соответственно,  любых других диэлектрических материалов больше 1. Диэлектрическая проницаемость газов незначительно выше 1 и в расчётах можно считать равной 1. Так,  воздуха при нормальных условиях равна 1,00058.

ТК_ = _ = 1/ ^. d/dt. (2)