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.


В3. Факторный анализ прибыли от реализации продукции.
Модели качества обслуживания IntServ и DiffServ
Ты мучаешь душу напрасно, душа никому не нужна
Теоретические основы психологических измерений
Трудового права та права соціального забезпечення
Использование продуктов пчеловодства в медицине
Величина радиуса индивидуальной активности животных. и растений (по А. В. Яблокову, А
Раздел 1 БЕЗОПАСНОСТЬ ТОВАРОВ КАК ПОКАЗАТЕЛЬ ИХ КАЧЕСТВА
Залог как способ обеспечения исполнения обязательств
Тэма 2.1. Міжнародныя адносіны на заключным этапе Першай сусветнай вайны.Пачатак фарміравання новай сістэмы міжнародных адносін.
Планування та контроль фінансових результатів та фінансових показників
Постановка і розвиток основних ідей
Пенитенциарная преступность: особенности детерминации и профилактики.
ЗАПИТАННЯ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЮ
Перелік питань
Оберіть варіант, де подано види трудового договору за строком
Споживачі
Крок 2. Аналіз літератури
Футуризм як літературна течія. Маніфест Т.Марінетті
Річ Посполита
Культура общения руководителя.
Екскурсія як метод навчання і форма організації занять.
Втрачений день
Главная Страница