2.5. Токи абсорбции

Процесс поляризации диэлектриков проходит в течение некоторого вре-

мени. Различают мгновенные и замедленные виды поляризации. К мгновенным видам поляризации относят те, время установления которых менее 10-12 с. Время установления замедленных видов поляризации может достигать нескольких минут. За время установления данного вида поляризации принимают время, в течение которого ток, связанные с этим видом поляризации, уменьшается в е раз. Токи в диэлектрике, связанные с его поляризацией, называются токами смещения IСМ. Токи в диэлектрике, связанные с наличием в нем небольшого числа свободных носителей зарядов, называются токами сквозной проводимости IСКВ. Полный ток через диэлектрик

I = I_скм + I_см

При заряде конденсатора от источника постоянного напряжения U

(рис.4) за время менее 10^-12с произойдет мгновенная поляризация диэлектрика, потечет ток I_{СМ МГН} , емкость установится С_МГН . Замедленные виды поляризации приведут к медленному увеличению емкости, течет ток замедленных видов поляризации I_МЕД . Медленное изменение емкости и заряда конденсатора называется явлением абсорбции. Ток I_МЕД называют током абсорбции. У некоторых диэлектриков I_АБС спадает до нуля за 30-60 мин. Токи абсорбции велики у диэлектриков сложной структуры, полярных (бумага, диэлектрики электролитических конденсаторов). Учет явления абсорбции важен при измерении сопротивления изоляции диэлектриков R_ИЗ . Отсчет R_ИЗ следует проводить через определенное время, когда I_МЕД=0.

Если конденсатор зарядить до напряжения U_З (рис. 5) за время t₁, затем замкнуть его накоротко на время t₂-t₁, затем оставить на некоторое время t₃-t₂ разомкнутым, то при наличии в диэлектрике явления абсорбции на обкладках появится напряжение U_ОСТ (остаточное). Коэффициентом абсорбции называется отношение U_ОСТ к U_З, т.е.

K_АБС =

Величина коэффициента абсорбции может достигать 10% (у электролитических конденсаторов).

3. Электропроводность диэлектриков

3.1. Виды электропроводности диэлектриков

В зависимости от природы носителей заряда различаются следующие виды электропроводности:

- электронная, проводимость не зависит от времени;

- ионная, прохождение тока через вещество сопровождается электролизом, проводимость уменьшается со временем;

- молионная, носителями зарядов являются заряженные группы молекул, прохождение тока через вещество сопровождается явлением электрофореза, проводимость уменьшается со временем;

- смешанная электропроводность, когда носителями заряда являются электроны и ионы одновременно или другие носители.

Выделим в однородном диэлектрике с носителями заряда одного знака куб (рис. 1),

Заряд куба равен

Q = n_*q,

где: n – число носителей заряда в единице объема;

q – заряд носителя.

При наличии электрического поля плотность тока равна количеству электричества, протекающего в единицу времени через поперечное сечение куба, т.е.

j= qn_*V_ср

где: V_ср – средняя скорость движения носителей. C другой стороны закон Ома в дифференциальной форме имеет вид

j = γ E

где: γ – объемная удельная проводимость вещества.

Тогда

qn_*V_ср = γ_*E; γ= _*nq = nq_*µ

здесь µ - подвижность носителей, т.е. средняя скорость движения носителей на единицу напряженности электрического поля.

Если в создании тока участвуют носители заряда разных типов, то

Характер электропроводности и величина удельной проводимости зависят от химического состава вещества, его строения, агрегатного состояния, температуры, материала электродов, напряженности поля.