Практичне визначення питомих опорів діелектриків

Як видно з визначення питомих опорів, їхні значення можна визначити, якщо відомі значення об'ємного та поверхневого наскрізних струмів. Разом з тим, при вимірах не слід забувати про те, що у діелектриках окрім наскрізного струму, який не змінюється в часі, можуть протікати згасаючі з часом струми, зумовлені рухом зв'язаних зарядів: струми зміщення та абсорбційні струми. Якщо у технічних умовах на матеріал немає вказівок про час витримки зразка матеріалу під напругою при вимірюванні, то відлік значення струму слід робити на 60-й секунді після прикладання напруги.

Для відокремлення в наскрізному струмі об'ємної та поверхневої складових при визначенні питомих опорів рекомендується використовувати триелектродний вимірювальний пристрій, що дозволяє на одному і тому ж зразку визначати питомий об'ємний та питомий поверхневий опори. Найчастіше ці параметри визначають на плоских зразках (рис.1.1).

При поданні електричної напруги на зразок 1 через високовольтний електрод 2 буде протікати загальний струм I, який складається з струмів, що протікають за об'ємом матеріалу (I_V) та за його поверхнею (I_S). Ці струми легко розділити і виміряти нарізно за допомогою вимірювального електроду 3 та кільцевого охоронного електроду 4. Питомий опір для описаного випадку дорівнює , де U - прикладена напруга, а питомий поверхневий опір .

(розшифровка d)

Завдання для самостійної підготовки.

Вивчити відмінності між електропровідністю та поляризацією, між електропровідністю та електричною провідністю, між струмом витоку і наскрізним струмом діелектрика..

Розглянути зв'язок між структурою діелектрика, типом та концентрацією вільних носіїв заряду в ньому.

Вивчити фізичну суть впливу зовнішніх чинників на параметри електропровідності діелектрика.

Підібрати приклади з врахуванням вашої спеціальності, коли електропровідність є визначальною при виборі матеріалу в конструкціях.

Контрольні питання

Наведіть визначення основних фізичних величин та технічних параметрів електропровідності діелектриків.

Чим зумовлена електропровідність газоподібних, рідких та твердих діелектриків?

Чим викликана поверхнева електропровідність твердих електроізоляційних матеріалів?

Якими параметрами характеризується електропровідність діелектриків?

Які фактори впливають на електропровідність твердих діелектриків?

Як змінюється електропровідність діелектрика при переході з аморфного (склоподібного) стану в кристалічний?

Чому питома провідність полярних електроізоляційних матеріалів при рівних умовах більша, ніж у неполярних?

Пояснити особливості приєднання зразка діелектрика при визначенні r_v і r_s .

Запитання для контрольних робіт

Дайте коротку характеристику електропровідності діелектриків. Які фактори впливають на об’ємну та поверхневу електропровідності? Наведіть значення питомих об’ємних і поверхневих опорів, опи­шіть методи їх вимірювання.

Охарактеризуйте електропровідність газів. Які процеси визначають самостійну та несамостійну провідність газів? Дайте пояснення струму насичення в газах.

Опишіть характер електропровідності рідких діелектриків та її залежність від температури. У яких межах виконується правило Писаржевського - Вальдена для добутку електричної провідності і в’язкості?

Якими процесами зумовлена об’ємна та поверхнева електропровідності твердих діелектриків?

Поясніть вплив температури та напруженості електричного поля на електропровідність твердих діелектриків.

Опишіть явище поверхневої електропровідності та її залеж­ність від тилу матеріалу. Вкажіть засоби зниження поверхневої провідності.

Відомо, що електропровідність полярних і неполярних діелектриків викликається іонами домішок та забруднень. Припустимо, що полярний і неполярний діелектрики мають рівну кількість домішок та за­бруднень. Чи матимуть вони рівні значеній питомого об'ємного опору? Обґрунтуйте відповідь.

Електроізоляційні властивості пористих матеріалів значно погіршуються при підвищенні вологості зовнішнього середовища. У виробництві електроізоляційних конструкцій і конденсаторів з кераміки пориста кераміка є браком. Як, використовуючи триелектродну систему для вимірювання r_sта r_v, , виконати відбраковування пористої кераміки?

ДІЕЛЕКТРИЧНІ ВТРАТИ

Під дією електричного поля в діелектрику виділяється у вигляді теплоти деяка потужність, яка називається діелектричними втратами.

При вивченні діелектричних втрат перш зо все слід звернути ува­гу на те, що втрати виникають у результаті виконання роботи в ді­електрику. Залежно від характеру виконаної роботи розрізняють основні види діелектричних втрат:

- на електропровідність (енергія електричного поля витрачається на перенесення вільних носіїв заряду);

- релаксаційні в області нормальної діелектричної дисперсії (енергія електричного поля витрачається на непружне зміщення заря­дів, орієнтацію диполів і переполяризацію доменів);

- резонансні в області аномальної діелектричної дисперсії (енер­гія електричного поля витрачається на зростання амплітуди коливань частинок);

- іонізаційні (енергія електричного поля витрачається на іоніза­цію газу в різко неоднорідному полі або в газових порожнинах у діелектрику).

Врахування основних процесів, що відбуваються в діелектрику під час прикладення до нього електричної напруги, дозволяє визначити домінуючі види втрат у кожній групі матеріалів (рис. 5).?

Формально діелектричні втрати можна пов’язати із запізненням поляризації чи з наявністю активної складової струму крізь діелектрик. В обох випадках спостерігається зменшення кута між струмом і напругою на величину d?, Величина tgd?часто використовується для якісної оцінки втрат електричної енергії у діелектрику і залежності інтенсивності цього процесу від температури, частоти та інших факторів за будь-якої причини втрат.

(вище не говорилось про тангенс діелектричних втрат)