2. Зависимость ε от некоторых факторов.

Величина ε зависит:

- от химической природы материала

1<εнейтр<3

εнейтр≈2

εвозд≈1

εазот≈1,0007

20>εполярных>3

εсегнетоэ-в≤104

- от температуры материала ε=f(T)

Рисунок 2.5

Нейтральные εэ. Т ε незначительно. Более резкие переходы из-за уменьшения плотности.

Для диэлектриков с ионной поляризацией T<Tк, T εд-р т.к.уменьшается вязкость, облегчается поворот диполей под действием электрического поля.

εд-р – дипольно-релационная поляризация. При Т>Тк, Т εд-р т.к. велико хаотическое тепловое движение дипольных молекул, которое препятствует поляризации.

(К-1) – характеризует относительное изменение ε при изменении температуры на один градус (К или С○).

ТКε – температурный коэффициент диэлектрической проницаемости.

– средний температурный коэффициент (геометрический смысл – отношение катионов).

При Т=Тк . Тк=0

Тк – температура, при которой ε максимальна, и касательная параллельна оси абсцисс (tgα=0).

(К-1) – температурный коэффициент ёмкости.

(К-1) – температурный коэффициент удельной проводимости.

(К-1) – температурный коэффициент магнитной проницаемости.

- от частоты ε=f(f) для полярных диэлектриков.

Рисунок 2.6

При f>fкр диполи не успевают полностью ориентироваться направлению электрического поля за время полупериода (Т/2). Τполяризации<T/2.

εнейтр не зависит от частоты, т.к. мгновенная поляризация не успевает сместится.

- от времени ε=f(t) для сегнетоэлектриков.

Рисунок 2.7

- от других факторов, менее значимых (у диэлектриков сложного состава от концентраций входящих в их состав веществ).

5. Определение диэлектрической проницаемости.

Задано: h, S, f, U.

Регулируем: C₀, R₀.

Измеряем: tgδ, C_x.

Вычисляем , .

Мост R5000 – двухплечный.

Рисунок 2.8

R_x – сопротивление, эквивалентное потерям.

С₀=С_х при равновесии моста, т.к. ток амперметра I_μA=0;

tgδ₀=tgδ_x.

6. Электропроводность диэлектриков.

Сквозной ток – направленное движение свободных зарядов.

В диэлектриках сквозной ток – направленное движение свободных ионов (ионов примесей, слабозакреплённые ионы самого диэлектрика), если на диэлектрик подать постоянной напряжение, то зависимость тока от времени имеет вид:

Рисунок 2.9

Мгновенный ток через диэлектрик равен сумме токов сквозного и смещения:

i=i_кr+i_cм

Мгновенный ток смещения зависит от мгновенной поляризации:

i_см=i_cк+i_абc

i

Рисунок 2.10

_абс – ток абсорбции, т.е. ток смещения, обусловленный замедленной поляризацией (дипольно-релаксационное, структурное движение слабозакреплённых ионов).

R_из – сопротивление изоляции.

Действующий ток – ток, который измеряет прибор.

Действующее напряжение – напряжение, которое измеряет прибор.

Рисунок 2.10

На переменном напряжении i=i_ск+i_см │i_см│>10│i_ск│.

На переменном напряжении протекает сумма токов, причём ток смещения значительно превосходит сквозной ток в десятки, сотни и даже тысячи раз, т.е. на переменном напряжении через ёмкость практически протекает ток смещения. Вот почему сопротивление изоляции измеряют на постоянном напряжении а не на переменном.

Сопротивление изоляции изменяется через 1 минуту после подачи постоянного напряжения (из диаграммы), т.к. за это время затухнут токи смещения, ток абсорбции будет равен нулю, и через диэлектрик будет протекать сквозной ток.

R_V

Рисунок 2.11

Удельное объёмное электрическое сопротивление – это сопротивление куба диэлектрика с ребром 1м, когда ток протекает через противоположные грани.

Величина ρ_v зависит от:

• Химической природы. ρ_v=10⁷..10¹⁸ Ом∙м. ρ_полярн<<ρ_нейтр.

• Наличия ионов примесей (Н₂О и др.) примесь ρv

• Старение: примеси R_из U_пр_Uраб

• Температура. ρ_v=f(t) T ρ_v т.к. увеличивается количество свободных ионов. ρ_T=ρ₀e^-αT T – температура. [K^-1] – температурный коэффициент удельного электрического сопротивления. Т старение срок службы диэлектрика V=Ae^-αT

• Другие факторы: Наличие воздушных включений. Возможна ионизация, если U>U_и. U_и – напряжение ионизации. При ионизации ионы и электроны, которые образуют токи ионизации, разрушают диэлектрик. При наличии ионизирующих облучений (ультрафиолет, рентгеновское, радиационное)могут появиться дополнительные заряды. ρ_v R_из I_ск.

Поверхностное сопротивление Ом,  Ом.

Рисунок 2.12

ρ_s – удельное поверхностное сопротивление – сопротивление квадрата поверхности со стороной 1м, когда ток протекает через противоположные стороны квадрата.

Величина ρ_s зависит от следующих факторов:

1. От химической природы ρ_{s поляр}<<ρ_{s нейтр} т.к. дипольные молекулы полярного диэлектрика притягивают дипольный молекулы воды. Влаг обладает малым удельным сопротивлением. H₂O ρ_s. 10⁷<ρ_{v др. диэлектриков} >ρ_H2O≈10⁴ Ом∙м.

Нейтральные диэлектрики плохо смачиваются. Гидрофобные диэлектрики отталкивают влагу и вообще на смачиваются водой (воск, парафин, фторопласт4).

2. От состояния поверхности ρ_{s неровн}<<ρ_{s гладкой} В неровностях накапливаются загрязнения и влага. С гладкой поверхности загрязнения смываются дождём и сдуваются ветром. Отсюда важно покрытие лаком, чтобы затруднить смачивание и проникновение влаги внутрь диэлектрика.

3. От наличия примесей и влаги на поверхности. примесь ρ_s U_{разр. изоляторов}