Тема №2. Электропроводность диэлектриков.

Электроизоляционные материалы, применяемые в технике, не являются идеальными диэлектриками в связи с присущей им небольшой электропроводностью.

В диэлектрике протекают абсорбционный ток (iабс), обусловленный смещением связанных зарядов, и сквозной ток (iскв) за счет направленного перемещения свободных носителей зарядов. Ток, протекающий в диэлектрике под действием внешнего электрического поля, называется током утечки (iут).

При приложении к диэлектрику постоянного напряжения величина тока утечки будет убывать по экспоненте до определенного уровня. Данная зависимость обусловлена затуханием процессов поляризации. При приложении к диэлектрику постоянного напряжения ток утечки обусловлен перемещением небольшого числа свободных зарядов (iскв) и токами поляризации (iабс). По мере окончания процессов поляризации абсорбционный ток спадает до нуля и через диэлектрик протекает только сквозной ток.

Данная зависимость справедлива только при постоянном напряжении, поскольку при переменном – поляризационные процессы будут проходить до снятия поля.

При длительной работе диэлектрика под напряжением сквозной ток через жидкие и твердые диэлектрики может уменьшаться или увеличиваться. Уменьшение сквозного тока характеризует увеличение сопротивления изоляции за счет электрической очистки образца. Слабо закрепленные ионы примесей даже в слабых электрических полях ионизируются и постепенно осаждаются на электродах. Увеличение сквозного тока происходит вследствие старения материала, под которым понимают необратимое ухудшение изоляционных свойств (уменьшение сопротивления изоляции), что в конечном итоге, может привести к пробою диэлектрика.

Для твердых электроизоляционных материалов различают объемную и поверхностную электропроводности и соответственно объемное и поверхностное сопротивления. Объемная электропроводность обусловлена свойствами самого диэлектрика. Поверхностная же электропроводность обусловлена присутствием на поверхности диэлектрика влаги и различных загрязнений. Поскольку толщина адсорбированного слоя влаги и его сопротивление связаны с природой материала, на поверхности которого находится этот слой, то поверхностную электропроводность обычно рассматривают как свойство самого диэлектрика.

Электропроводность газов. Ток в газах может возникнуть только при наличии в них ионов или свободных электронов, которые могут появиться только в результате ионизации молекул. Ионизация молекул газа возникает по двум при-чинам: либо вследствие влияния каких-либо внешних факторов, либо вследствие соударений заряженных частиц (свободных электронов) газа с нейтральными молекулами. Ионизация нейтральных молекул газа при малых напряженностях электрического поля может возникнуть только под действием внешних факторов. Внешними факторами, вызывающими ионизацию газа, являются: рентгеновские или ультрафиолетовые лучи; радиоактивное излучение, а также термическое воздействие – сильный нагрев газа и др.

Электропроводность газов, обусловленная воздействием внешних факторов, называется несамостоятельной. Электропроводность, обусловленная ионами и электронами, образующимися в сильных электрических полях в результате электронной ударной ионизации, фотоионизации и холодной эмиссии электронов из катода, называется самостоятельной.

Электропроводность жидких диэлектриков. В жидких диэлектриках наблюдаются в основном ионная и электрофоретическая проводимости. В области сильных электрических полей к этим видам проводимости добавляется электронная составляющая.

Ионная проводимость обусловлена дрейфом — направленным движением положительных и отрицательных ионов под действием приложенного электрического поля с разряжением ионов на электродах. Ионы образуются в результате электролитической диссоциации.

В неполярных жидких диэлектриках электропроводность зависит от наличия диссоциированных примесей, в том числе влаги. Под диссоциацией понимают разложение молекул на более простые частицы – атомы, радикалы или ионы, а также разложение сложных молекул на более простые. В полярных жидкостях электропроводность определяется не только примесями, но и диссоциацией молекул самой жидкости. Невозможность полного удаления из жидких диэлектриков примесей, способных к диссоциации, осложняет получение высококачественных электроизоляционных жидкостей с малой удельной электропроводностью.

Диссоциация молекул легче происходит в полярных жидкостях, чем неполярных в связи с тем, что энергия диссоциации полярных жидких диэлектриков значительно меньше, чем неполярных, а удельная проводимость значительно выше. Сильнополярные жидкости, например, вода, обладают настолько высокой проводимостью, что рассматриваются уже не как жидкие диэлектрики, а как проводники с ионной электропроводностью.

Электропроводность твердых диэлектриков. Электропроводность твердых тел обусловливается передвижением как ионов самого диэлектрика, так и ионов случайных примесей. У некоторых твердых диэлектриков электропроводность может быть вызвана наличием свободных электронов.

В твердых диэлектриках ионного строения электропроводность обусловлена главным образом перемещением ионов. При низких температурах передвигаются слабозакрепленные ионы, в частности, ионы примесей. При высоких температурах освобождаются и некоторые ионы из узлов кристаллической решетки.

В диэлектриках с атомной или молекулярной решеткой электропроводность связана только с наличием примесей. Удельная проводимость их весьма мала.