Питому провідність у твердих діелектриках можна записати у вигляді

При подальшому збільшенні напруги баланс процесів утворення іонів і їхньої рекомбінації порушується, тому що іони несуться до електродів, не встигаючи рекомбінувати. Струм росте повільніше напруги (ділянка АВ). Зменшення концентрації іонів продовжується з ростом напруги і при певному його значенні настає насичення (ділянка ВС). Іони, що утворяться під впливом зовнішніх іонізаторів, несуться до електродів. Щільність струму в цьому випадку дорівнює

J = N q h, (2.6)

де N – кількість позитивних і негативних іонів; q – заряд іона; h – відстань між електродами.

Подальше збільшення напруги супроводжується посиленням ударної іоні-зації і збільшенням кількості вільних електронів практично в геометричній прогресії, що приводить до різкого зростання струму.

2.2. Електропровідність рідких діелектриків

Електропровідність у рідких діелектриках виникає при пересуванні іонів чи переміщенні відносно великих заряджених колоїдних часток, а також елек-тронів.

Полярні рідини завжди мають підвищену провідність у порівнянні з непо-лярними, причому зростання діелектричної проникності приводить до зрос-тання провідності.

У неполярних рідинах електропровідність визначається наявністю дисо-ційованих домішок, особливо вологи. Очищення рідких діелектриків від домі-шок, що містяться в них, забезпечує зменшення провідності. Однак повністю очистити рідкий діелектрик від домішок, що містяться в ньому, практично не вдається, що утруднює одержання електроізоляційної рідини з малою питомою провідністю.

На величину питомої провідності будь-якої рідини істотно впливає темпе-ратура. З її підвищенням зростає провідність, тому що зменшується в'язкість рідини, зростає рухливість іонів і може збільшитися ступінь теплової дисо-ціації.

Відповідно до закону Вальдена, добуток питомої провідності рідкого діелектрика на його в'язкість є величиною постійною і не залежить від темпе-ратури. Закон Вальдена виконується краще для чистих рідин і гірше при наявності в них домішок. Для неполярних рідин відступ від закону Вальдена більш помітний, ніж для полярних. На рис 2.3 наведена залежність струму від напруженості полю в рідких діелектриках.



I
Е

Рис 2.3 – Залежність струму від напруженості поля в рідкому діелектрику

Питома провідність залежно від концентрації іонів може бути представ-лена рівнянням , де n – число іонів у см3; q – заряд іона; u+ і u- - рухливість, відповідно позитивних і негативних іонів.

При невеликих значеннях напруженості електричного поля рухливість позитивних і негативних іонів незначна, порядку 10-4 см2/сВ. У цьому випадку, внаслідок малої довжини вільного пробігу електрони не встигають одержати достатню кінетичну енергію для ударної іонізації. Струм підкоряється закону Ома. При напруженостях електричного поля 10 МВ/м і більше закон Ома вже не виконується, що пов'язано з появою електронної провідності внаслідок ударної іонізації і збільшенням числа іонів, що рухаються під дією поля. Пито-ма провідність очищених технічних рідких діелектриків знаходиться в межах 10-8– 10-13 1/Ом м.

У колоїдних системах спостерігається моліонна чи електрофоретична елек-тропровідність, при якій носіями зарядів є групи молекул – моліонів. Швид-кість руху таких часток залежить від в'язкості рідини. Відповідно до закону Стокса стала швидкість руху кулі в в’язкому середовищі визначається як

V = , (2.7)

де F – сила, що діє на кулю; r – радіус кулі; η – динамічна в'язкість.

Сила, що діє на електричний заряд і викликає його спрямоване перемі-щення, дорівнює F = q E. Тоді

V = (2.8)

Рухливість зарядів визначається як u = V/E . Звідси визначимо з наведеного рівняння рухливість носіїв зарядів у рідких діелектриках:

u = (2.9)

З даного рівняння видно, що рухливість носіїв зарядів у рідких діелектри-ках істотно залежить від розмірів часток і в'язкості рідини.

У загальному виді питому провідність діелектриків можна представити у виді . Тоді, з урахуванням вищенаведеного рівняння, питому провід-ність рідкого діелектрика при моліонній електропровідності визначимо як

. (2.10)

Питома провідність рідких діелектриків сильно залежить від температури, тому що при її підвищенні зменшується в'язкість рідини і збільшується кон-центрація вільних носіїв зарядів унаслідок теплової дисоціації. Дана залежність має вигляд

, (2.11)

де а – температурний коефіцієнт збільшення питомої провідності.

2.3. Електропровідність твердих діелектриків

Електропровідність твердих діелектриків обумовлена пересуванням іонів або наявністю в них вільних електронів.

Вид електропровідності можна встановити експериментально, викорис-товуючи закон Фарадея. Іонна електропровідність супроводжується переносом речовини, тобто явищем електролізу. При електронній електропровідності дане явище не спостерігається.

У діелектриках з атомними чи молекулярними ґратками електропровід-ність залежить тільки від наявності домішок. Як правило, питома провідність таких матеріалів незначна.

Більшість застосовуваних на практиці твердих діелектриків мають іонну електропровідність. Це синтетичні й органічні полімери, неорганічне скло, керамічні матеріали, кристали і т.д. Пов'язано це з тим, що енергія звільнення іонів у твердих діелектриках не перевищує 5еВ, тоді як для електронів вона більше 5еВ.

= nqu, (2.12)

де n – число носіїв в одиниці об'єму, м-3 ; q – заряд носія, Кл; u – рухливість м2/(Вс).

При іонній електропровідності число дисоційованих іонів і їхня рухливість знаходяться в експонентній залежності від температури:

nт = n exp [- Wд /(k)], (2.13)

uт = umax exp[ – Wпер /(k)], (2.14)

де n -загальне число електронів у 1м3; Wд – енергія дисоціації; k -теплова енер-гія; umax гранична рухливість іона; Wпер - енергія переміщення іона.

Підставляючи nт і uт у рівняння для питомої провідності (2.12) і об'єд-навши постійні n, umax, і q в один коефіцієнт А, одержимо

= А exp ( - b/T), (2.15)

де b = (Wд + Wпер)/ k

З цієї формули випливає, що чим більше значення енергії переміщення й енергії дисоціації, тим значніше змінюється питома провідність при зміні тем-ператури.

У зв'язку з тим, що звичайно Wд›› Wпер, температурна залежність питомої провідності визначається в основному зміною концентрації носіїв.

При напругах, близьких до значення напруги пробою, у створенні струму поряд з іонами беруть участь і електрони.

У речовинах кристалічної будови з іонними ґратками електропровідність зв'язана з валентністю іонів. Кристали з одновалентними іонами мають більшу провідність, ніж кристали з багатовалентними іонами.

В анізотропних кристалах питома провідність неоднакова по різних осях кристала.

У твердих пористих діелектриках при поглинанні ними вологи питома провідність істотно підвищується, особливо в тих випадках, коли в діелектрику є домішки, легко розчинні у воді. Для зменшення вологовбирання і вологопро-никливості пористих діелектриків їх піддають просоченню.

Література [1, с.30 – 43.]

Контрольні запитання:

1.Опишіть фізичну сутність процесу електропровідності в діелектриках.

2.Назвіть фактори, що впливають на поверхневу й об'ємну електропровідність.

3.Наведіть визначення питомих об'ємного і поверхневого опорів.

4.Викладіть сутність процесу електропровідності в газах, відзначте його особ-ливості.

5.Опишіть характер електропровідності рідких діелектриків, поясніть її залежність від температури.

6.Перелічіть фактори, що впливають на поверхневу провідність, вкажіть способи її зменшення.

7.Наведіть приклади залежності електропровідності твердих діелектриків від зовнішніх факторів і поясніть їх.


sdy.deutsch-service.ru ryr.deutsch-service.ru refaocq.ostref.ru refaoar.ostref.ru Главная Страница