Тема 5. Діелектрики

Діелектрики в електричному полі характеризуються такими параметрами як:

ЕЛЕКТРОПРОВІДНІСТЬ - властивість речовини проводити незмінний в часі електричний струм під впливом постійного електричного поля. Кількісно електропровідність характеризується питомою об`ємною провідністю  та питомою поверхневою провідністю _s або зворотніми величинами - питомим об’ємним опором  і питомим поверхневим опором _s.

ПОЛЯРИЗАЦІЯ -це процес у речовині, який характеризується тим, що електричний момент деякого об`єму речовини починає відрізнятися від нуля. Здатність діелектриків поляризуватися оцінюється за величиною діелектричної проникності .

ДІЕЛЕКТРИЧНІ ВТРАТИ -електрична потужність, яка розсіюється в діелектрику , що знаходиться в електричному полі. Здатність діелектриків до діелектричних втрат характеризується тангенсом кута діелектричних втрат tg.

ПРОБІЙ - явище, яке приводить до утворення каналів високої провідності.

Характеризується електричною міцністю ( або пробивною напруженістю електричного поля ): E_пр.

Речовини, які використовуються в якості електроізоляційних матеріалів і діелектриків конденсаторів, мають наступні значення параметрів :   10⁷ Омм; _s  10⁷ Oм;  = (1-10⁴); tg = (0,0001-0,1); E_пр = (10⁵ -10⁸) В/м.

5.1.Електропровідність

Струм, який тече в діелектрику під впливом незмінної в часі напруги, називається струмом наскрізної електропровідності або струмом витоку _в.

Струм у діелектриках при змінній напрузі на декілька порядків перевищує струм наскрізної електропровідності, тому що при зміні полярності прикладеної напруги основну роль відіграють поляризаційні процеси.

У випадку роботи діелектрика при постійній напрузі поляризаційні струми _п (струми абсорбції _аб) протікають лише в короткі проміжки часу після вмикання і вимикання напруги (рис.5.1).

Опір діелектрика при постійній напрузі, тобто опір ізоляції R_із, який визначає величину струму витоку, можна визначити за формулою:

R_із= U/I_в,

де U - прикладена напруга, I_в - струм виміряний не раніше, ніж через 1 хв після вмикання напруги. I_в = I - I_п (І - струм за яким спостерігаємо).

Електропровідність діелектрика має іонний характер. Якщо рідкі та тверді діелектрики довгий час знаходяться під напругою, то можливі 2 ситуації: 1 - зменшується ; 2 – збільшується струм витоку (рис.5.1).

1 ситуація - свідчить про те, що електропровідність визначається іонами домішoк, які з плином часу нейтралізуються поблизу електродів (електрична очистка речовини).

2 ситуація - свідчить про те, що в електропровідності беруть участь заряди, які є структурними елементами самого матеріалу, і про те, що в діелектрику проходить незворотній процес електричного старіння, який призводить до електричного пробою.

І

2

1

0 

Рис 5.1. Залежність струму, який протікає через діелектрик, від часу дії електричного поля на діелектрик

У твердих діелектриках розрізнюється об`ємна та поверхнева електропровідність.

Питомий oб`ємний опір визначається за формулою:

 = RS/h,  Ом  м ,

де h - товщина діелектрика, м; S - площа електрода, м²; R- об’ємний опір зразка, Ом.

1- електроди

d + _

2- зразок

l

Рис.5.2. Rs - вимірюється між електродами шириною d, між якими відстань l

Питомий поверхневий опір _s розраховується за формулою (рис.5.2):

_s = R_sd/l, [Ом].

Повна провідність зразка, яка відповідає його опору ізоляції R_із, складається з об’ємної і поверхневої провідності, тому:

R_із= RRs/(R+Rs).