Министерство транспорта Российской Федерации
Федеральное агентство железнодорожного транспорта
Государственное образовательное бюджетное учреждение
Высшего профессионального образования «Омский Государственный Университет Путей Сообщения»
(ОмГУПС)
Кафедра: Радиотехника и управляющие системы
Дисциплина: Материаловедение
" Исследование электрического сопротивления твердых диэлектриков в зависимости от температуры "
Отчёт по лабораторной работе №2
Выполнил:
студент гр. 20г
Мандрыгин С.А.
Руководитель:
Царёва Л.А.
Омск 2012
Цель работы: изучение влияния температуры на величину удельных электрических сопротивлений твердых диэлектриков, освоение методики их измерения.
Краткие сведения из теории Электропроводность диэлектриков.
Поляризационные процессы смещения зарядов в веществе до момента установления равновесного состояния протекают во времени, создавая в диэлектриках поляризационные токи, или токи смещения.
Наличие в технических диэлектриках небольшого числа свободных зарядов приводит к возникновению слабых по величине сквозных токов или токов утечки. Таким образом, полная плотность тока в диэлектрике представляет собой сумму плотностей токов утечки и смещений:
I=Iск+Iаб , (1)
где Iск – сквозной ток;
Iаб – ток абсорбции.
Плотность тока смещения определяется скоростью изменения вектора индукции D, обусловленного мгновенными и замедленными смещениями зарядов:
, (2)
где
= производная индукции по времени.
На рисунке 1 показан характер зависимости тока через диэлектрик от времени. Как видно из рисунка после завершения процессов поляризации через диэлектрик протекает только сквозной ток.
Рисунок 1 – Зависимость тока через диэлектрик от времени
Поляризационные токи необходимо принимать во внимание при измерении проводимости диэлектриков ввиду того, что при небольшой выдержке образца диэлектрика под напряжением обычно регистрируется не только сквозной ток, но и сопровождающий его ток абсорбции, вследствие чего может создаваться неправильное представление о большой проводимости. Проводимость диэлектрика при постоянном напряжении определяется по сквозному току, сопровождающемуся выделением и нейтрализацией зарядов на электродах. При переменном напряжении активная проводимость определяется не только сквозным током, но и активными составляющими поляризационных токов.
Истинное сопротивление диэлектрика Rиз, определяющее величину сквозного тока, может быть вычислено по следующей формуле:
, (3)
где i – наблюдаемый ток;
U – приложенное напряжение;
– сумма токов,
вызванных замедленными видами поляризации;
iск – сквозной ток.
Для твердых электроизоляционных материалов необходимо различать объемную и поверхностную электропроводность.
Для сравнительной оценки различных материалов в отношении их объемной и поверхностной электропроводности пользуются значениями удельного объемного сопротивления и удельного поверхностного сопротивления.
По удельному объемному сопротивлению может быть определена удельная объемная проводимость, по удельному поверхностному сопротивлению – удельная поверхностная проводимость.
В системе СИ удельное объемное сопротивление равно сопротивлению куба с ребром в 1 м, если ток проходит сквозь куб от одной его грани к противоположной.
В случае плоского образца материала при однородном поле удельное объемное сопротивление (Ом м) рассчитывается по формуле:
, (4)
где R – объемное сопротивление образца;
S – площадь электрода;
h – толщина образца.
Удельная объемная проводимость измеряется в См м-1.
Удельное поверхностное сопротивление равно сопротивлению квадрата (любых размеров), мысленно выделенного на поверхности материала, если ток проходит через квадрат, от одной его грани к противоположной.
Удельное поверхностное сопротивление рассчитывается по формуле:
, (5)
где Rs – поверхностное сопротивление образца материала;
d – ширина электродов;
l – расстояние между электродами.
Удельная поверхностная проводимость s измеряется в См.
Полная проводимость твердого диэлектрика, соответствующая его сопротивлению Rиз, складывается из объемной и поверхностной проводимостей.
Таким образом, определяя постоянную времени как время, по истечении которого напряжение на клеммах конденсатора уменьшится вследствие саморазряда в e раз, зная вид материала (а следовательно и его диэлектрическую проницаемость) и предполагая наличие только объемной утечки, можно оценить удельное объемное сопротивление диэлектрика.