Дослідження питомих об’ємного та

ПОВЕРХНЕВОГО ОПОРІВ ТВЕРДИХ ДІЕЛЕКТРИКІВ

 

Мета роботи

 

Вивчити фізичні основи електропровідності діелектриків, методику вимірювання опорів та експериментально визначити питомі об'ємний та поверхневий опори діелектриків.

В результаті виконання лабораторної роботи студент повинен знати види провідностей в твердих діелектриках та по їх поверхні, методи вимірювання об'ємного та поверхневого опорів, вміти експериментально визначати об'ємний та поверхневий питомі опори твердих діелектриків.

 

Основні теоретичні відомості

 

Кожен діелектрик має певну кількість слабко зв’язаних заряджених частинок, які під дією електричного поля зумовлюють виникнення електричного струму, тобто діелектрикам властива певна електрична провідність. Струм, що протікає через діелектрик, має дві складові: струм поляризації та струм витоку (струм наскрізної провідності).

Струми поляризації викликані обмеженим зміщенням зв'язаних зарядів (орієнтацією дипольних молекул). При постійній напрузі тривалість проходження струму поляризації досить мала і співрозмірна з тривалістю перехідного процесу.

Струми наскрізної провідності зумовлені наявністю в діелек­трику вільних зарядів. Залежно від природи носіїв зарядів в діелектрику мають місце такі види електропровідності:

- електронна електропровідність. Носіями струмів є вільні електрони. Ця провідність спостерігається в газоподібних діелектриках а також в твердих діелектриках при підвищених напруженостях електричного поля та підвищених температурах;

- іонна (електролітична) провідність. Носіями струму є іони з додатнім або від’ємним зарядом, які утворюються за рахунок дисоціації молекул самого діелектрика або молекул домішок під дією теплового руху та електричного поля. Цей вид провідності характерний для всіх діелектриків;

- моліонна (електрофоретична) провідність. Носіями струму є заряджені групи молекул – моліони. Проходження струму через діелектрик супроводжується переносом маси речовини до електрода. Моліонна електропровідність характерна для рідких діелектриків.

Опір R діелектрика, що визначає величину струму витоку (наскрізного струму) I_вит, можна визначити із співвідношення

, (1.1)

де U – прикладена до діелектрика напруга;

I – поточне значення струму;

– сума струмів, що зумовлені повільними видами поляризації.

В зв'язку з тим, що визначення поляризаційних струмів є досить складним процесом, опір діелектрика розраховують діленням прикладеної напруги на значення струму, виміряного через одну хвилину після прикладення напруги.

Для порівняльної оцінки різних матеріалів у відношенні їх об'ємної та поверхневої провідностей користуються значеннями питомого об’ємного опору ρ_V та питомого поверхневого опору ρ_S.

В міжнародній системі одиниць вимірювання питомий об'ємний опір дорівнює опору куба з ребром в 1 м, умовно вирізаного з досліджуваного матеріалу, при проходженні струму через куб від однієї його грані до протилежної. Розмірність об'ємного питомого опору [Ом∙м].

Питомий поверхневий опір дорівнює опору квадрата будь-яких розмірів, умовно виділеного на поверхні матеріалу, якщо струм проходить через квадрат від однієї його сторони до протилежної. Розмірність питомого поверхневого опору [Ом].

Для визначення питомого об’ємного та поверхневого електричних опорів використовують зразок 3 діелектрика з трьома металевими електродами 1, 2 та 4 (рисунок 1.1).

 

 

Рисунок 1.1 – Розміщення електродів для вимірювання опорів діелектриків

 

Питомий об’ємний електричний опір ρ_V діелектрика визначають за формулою

[Ом∙м], (1.2)

де R_V – об’ємний електричний опір зразка, Ом;

S – площа електроду 1, м²;

h – товщина зразка діелектрика, м.

Питомий поверхневий електричний опір розраховують за формулою

[Ом], (1.3)

де R_S – електричний опір поверхні зразка діелектрика між електро­дами 1 та 2, Ом;

D₁ – діаметр електрода 1, м;

D₂ – внутрішній діаметр електрода 2, мм.

Об'ємний та поверхневий питомі опори ізоляційних матеріалів залежать від температури, вологості, тривалості дії та форми напруги, наявності домішок тощо.