Зависимость удельного поверхностного и удельного объемного сопротивления твердых диэлектриков от температуры, напряженности электрического поля, влажности и др

В твердых диэлектриках ионного строения электропроводность обусловлена главным образом перемещением ионов, освобождаемых под влиянием флуктуаций теплового движения. При низких температурах передвигаются слабозакрепленные ионы, в частности ионы примесей. При высоких температурах освобождаются и некоторые ионы из узлов кристаллической решетки.

Удельная электрическая проводимость растет с ростом температуры по экспоненциальному закону:

, (3.13)

где - подвижность.

Обычно в диэлектрике имеется несколько видов носителей заряда. Например, кроме ионов основного вещества могут иметься слабо связанные ионы примесей. В этом случае удельная проводимость складывается из собственной с энергией активации W и примесной энергией активации W_ПР:

, (3.14)

где A - коэффициент (постоянная, характеризующая данный диэлектрик).

В широком диапазоне температур зависимость логарифма удельной проводимости от обратной величины абсолютной температуры T должна состоять из двух прямолинейных участков (рис. 3.4).

Рисунок 3.4 - Зависимость логарифма удельной проводимости от обратной величины абсолютной температуры T

Участок 1 - электропроводность характеризуется собственными дефектами: область высокотемпературной или собственной электропроводности.

Участок 2 - область низкотемпературной или примесной электропроводности: определяется в основном природой и концентрацией примесей. Температура, при которой наблюдается излом зависимости , сильно зависит от степени частоты и совершенства кристалла.

Поверхностная электропроводность

Поверхностная электропроводность происходит благодаря неизбежному увлажнению, окислению, загрязнению и т.д. поверхностных слоев электрической изоляции. Поэтому диэлектрик характеризуется значением удельного поверхностного сопротивления .

Поверхностное сопротивление участка поверхности твердого диэлектрика между параллельными друг другу кромками электродов длиной в, отстоящими друг от друга на расстоянии а (рис. 3.5), прямо пропорционально а и обратно пропорционально в:

, (3.15)

где коэффициент пропорциональности и есть удельное поверхностное сопротивление:

. (3.16)

Рисунок 3.5 - Поверхностное сопротивление участка поверхности твердого диэлектрика

Очевидно, что (Ом) есть сопротивление квадрата на поверхности диэлектрика, ток через который идет от одной стороны к противоположной, а при а=в - .

При изменениях влажности окружающей среды значения изменяются быстрее чем (удельное объемное сопротивление, Ом м). Особенно резкое уменьшение удельного поверхностного сопротивления наблюдается при относительной влажности превышающей 70-80 %.

увлажненного твердого диэлектрика тем ниже, чем меньше краевой угол смачивания . Политетрафторэтилен, полистирол, ультрафарфор - 113⁰, 98⁰, 50⁰. 5*10¹⁷; 3*10¹⁵; 10¹³ Ом.

Рост поверхностной проводимости для растворимых диэлектриков объясняется наличием на их поверхности ионов, а для пористых - влаги. Кроме того, падает при загрязнении поверхности диэлектрика.

Для повышения поверхностного сопротивления электроизоляционных изделий их покрывают влагостойкими гидрофобными веществами с большим (глазурь для фарфоровых изоляторов, полимерные герметики и т.д.).

Контрольные вопросы

1. Какими параметрами оценивают электропроводность диэлектриков?

2. В каких единицах измеряют удельное объемное и удельное поверхностное сопротивления диэлектриков? Дайте определения этим физическим величинам.

3. Основные механизмы электропроводности газов, диэлектрических жидкостей.

4. Каков механизм электропроводности твердых диэлектриков? Как влияет температура на их удельную проводимость?

5. Чем обусловливается поверхностная проводимость твердых диэлектриков?