Слайд 2
Электропроводность диэлектриков
Электропроводность – способность материала проводить
электрический ток.
Электрический ток – направленное движение заряженных
частиц.
В диэлектриках возможно присутствие:
свободных зарядов;
связанных зарядов.
Направленное перемещение связанных зарядов называется током смещения (iсм) или абсорбцион-ным током (iаб).
Направленное движение свободных зарядов называется сквозным током (iскв).
Слайд 3
Наличие абсорбционного тока в
диэлектрике обусловлено происходящими в нем поляризационными процессами: либо мгновенно
протекающими ( ≈10-13÷10-15с), либо замедленно
( релаксационные виды поляризации).
iсм=iаб=iмгн+iр
При приложении к диэлектрику электрического поля постоянного напряжения абсорбционный ток протекает только в момент приложения и снятия напряжения.
При переменном напряжении iаб протекает постоянно.
Слайд 4
Ток , протекающий в диэлектрике,
называется током утечки (iут).
Ток утечки представляет
собой сумму сквозного тока и тока абсорбции:
iут=iскв+iаб
Слайд 5
Электропроводность диэлектриков носит,
в основном, ионный
характер.
Ионы переносят с собой часть вещества.
Сопротивление изоляции определяется
величиной сквозного тока:
Ток, измеренный через 1 минуту после
приложения к диэлектрику постоянного напряжения, принимается за сквозной ток.
Слайд 6
Для твердых диэлектриков различают объемную и
поверхностную проводимость.
Для количественной оценки способности материала проводить электрический ток
используются:
удельное объемное сопротивление (ρ) или удельная объемная проводимость (γ);
R – объемное сопротивление образца, Ом;
S – площадь электрода, м2;
h – площадь образца, м.
Слайд 8
В процессе эксплуатации диэлектрика сквозной
ток через него либо увеличивается, либо уменьшается.
Увеличение сквозного тока говорит об участии в электропроводности зарядов, являющихся структур-ными элементами самого материала, т. е. об изменении химического состава материала – старении изоляции (необратимом ухудшении изоляционных свойств).
Уменьшение сквозного тока говорит об электри-ческой очистке материала за счет удаления примесей (ионы примесей переносят с собой часть вещества) .
Электропроводность диэлектриков зависит от :
агрегатного состояния вещества;
влажности;
температуры.
Слайд 9
Электропроводность газов
Электропроводность газов очень
мала при небольших значениях напряженности электрического поля.
Ток в газах возникает при появлении в них ионов или свободных электронов за счет ионизации молекул.
Ионизация молекулы – это распад молекулы на электрон и положительно заряженный ион.
Слайд 10
Ионизация нейтральных молекул газа возникает:
Под действием
внешних факторов: рентгеновские лучи, ультрафиолетовое излучение, нагрев, радиоактивные излучения
и
т. п.
Вследствие соударения разогнанных электри-ческим полем заряженных частиц с молекулами.
Слайд 11
Электропроводность газов, обусловленная
воздействием внешних факторов, называется несамостоятельной.
В 1 см3 газа при нормальных условиях ежесекундно образуется от 3 до 5 пар заряженных частиц. Часть из них исчезает – рекомбинирует ( положительно заряженный ион и свободный электрон при столкновении образуют нейтральную молекулу).
Электропроводность газов, обусловленная
ионизацией молекул под действием электрического поля, называется самостоятельной.
Самостоятельная электропроводность проявляется только в сильных электрических полях.
Слайд 12
Виды ионизации молекул
Ударная ионизация – распад
молекулы при соударении с электроном, если энергия приобретенная им
под действием электрического поля достаточна для ионизации молекулы.
Фотонная ионизация – ионизация молекулы за счет захвата фотонов.
За счет захвата молекулой электрона при их столкновении образуются отрицательные ионы (только для электроотрицательных газов).
Слайд 13
Зависимость тока в газах от напряжения
Слайд 14
Пояснение графика зависимости тока от напряжения
I участок
кривой ( до напряжения насыщения - Uн) выполняется закон
Ома – ток пропорционален напряжению;
II участок (горизонтальный): при напряжении Uн скорость дрейфа ионов настолько возрастает, что вероятность их рекомбинации уменьшается, и, в основном, все ионы устремляются к электродам. Плотность тока насыщения ~ 10-15 А/м2, достигается ток насыщения в воздухе при h=10 мм и E=0,6 В/м.
III участок: при напряжении, большем напряжения ионизации (Uи) возникает ударная ионизация и проявляется самостоятельная электропроводность. Для воздуха Еи=105÷106В/м.
Слайд 15
Электропроводность жидкостей
Характер электропроводности зависит от строения
жидкого диэлектрика:
В неполярных – электропроводность обусловлена наличием примесей,
особенно влаги:
В полярных – наличием примесей и диссоциацией молекул самой жидкости
Слайд 16
Возрастание диэлектрической проницаемости приводит к
росту проводимости жидких диэлектриков (↑Ɛ→γ↑→ρ↓).
Сильнополярные жидкости
отличаются настолько высокой проводимостью, что являются уже не диэлектриками, а проводниками с ионной электропроводностью.
Очистка жидких диэлектриков от содержащихся в них примесей значительно повышает их ρ.
При длительном протекании тока через неполярный жидкий диэлектрик возможно увеличение сопротивления за счет переноса свободных ионов примесей к электродам (электрическая очистка).
температуры проводимость жидких диэлектриков увеличивается по экспоненте:
γ=γ0 exp αt,
где - проводимость жидкого диэлектрика при 0 градусов Цельсия; a – постоянная ; t – температура нагрева диэлек-трика.
Зависимость тока от приложенного напряжения для жидких диэлектриков
Слайд 18
Коллоидные системы
Эмульсии (оба компонента - жидкости);
Суспензии
(твердые частицы в жидкости);
Аэрозоли (твердые и жидкие частицы
в газе).
В коллоидных системах частицы одного из компонентов очень малы и распылены в объеме основного элемента.
Частицы распыленного компонента спонтанно приобре-тают заряд и ведут себя как свободные носители заряда – молионы.
Направленное перемещение молионов называется молионной или электрофоретической электро-проводностью.
Слайд 19
Электропроводность твердых диэлектриков
Электропроводность твердых диэлектриков обусловлена:
Перемещением ионов самого
диэлектрика;
Перемещением ионов примесей;
Перемещением свободных электронов – электронная электропроводность проявляется
только в сильных электрических полях.
Ионная электропроводность сопровождается переносом вещества. В процессе прохождения тока через твердый диэлектрик содержащиеся в нем ионы примеси могут частично удаляться, оседая на электродах.
Слайд 20
Электропроводность твердых диэлектриков зависит от их строения:
В
диэлектриках ионной структуры электропроводность обусловлена перемещением ионов, которые освобождаются
в результате теплового движения:
при низких температурах передвигаются слабо закрепленные ионы примесей;
при высоких температурах освобождаются ионы из узлов кристаллической решетки – электрохимическое старение вещества.
В диэлектриках атомарной или молекулярной структуры электропроводность обусловлена только наличием примесей (примесная электропроводность)
Слайд 21
Особенности электропроводности твердых диэлектриков
Проводимость аморфных твердых диэлектриков
одинакова во всех направлениях (парафин,
полистирол, ФФС – фенолформальдегидная смола);
Проводимость твердых диэлектриков неодинакова по разным осям кристалла (для кварца различается более, чем в 1000 раз);
Наличие влаги в пористых диэлектриках приводит к резкому увеличению проводимости.
Слайд 22
Зависимость тока в твердых диэлектриках от напряженности поля
I
участок – соблюдается закон Ома;
II участок – проявляется электронная
электропроводность (Екр=10÷100 мВ/м)
Слайд 23
Поверхностная электропроводность твердых диэлектриков
Поверхностная электропроводность обусловлена наличием
влаги или загрязнением диэлектрика.
Адсорбция влаги на поверхности
диэлектрика зависит от относительной влажности воздуха и структуры материала.
Слайд 24
Выводы по теме «Электропроводность»
Диэлектрики, используемые в качестве
изоляционных материалов, обладают высокими значениями ρ, т. е. практически
не проводят электрический ток.
Малые токи, протекающие в диэлектрике, называются токами утечки.
Электропроводность в диэлектриках носит преимущественно ионный характер и только в сильных электрических полях становится электронной.
В слабых электрических полях в диэлектриках проявляется несобственная (примесная) электро-проводность.
Слайд 25
В сильных электрических полях при U>Uи проявляется собственная
электропроводность, обусловленная развитием ударной и фотонной ионизацией.
Электропроводность диэлектриков
зависит от их строения и агрегатного состояния.
В жидких диэлектриках, представляющих собой коллоидные системы (лаки, компаунды, увлажненное масло), проявляется молионная или электрофорети-ческая электропроводность
Свободные ионы переносят с собой часть вещества
Для твердых диэлектриков характерна поверхностная проводимость, зависящая от строения диэлектрика и условий его эксплуатации
Слайд 26
γ зависит от температуры: с увеличением
t проводимость возрастает по экспоненциальному закону, т. к. увеличивается
число свободных носителей зарядов
Закон Ома справедлив для жидких и твердых диэлектриков только в слабых электрических полях, а для газов – в очень слабых
Сквозной ток характеризует состояние изоляции (ее сопротивление)
Увеличение iскв «говорит» об уменьшении Rиз