Удельное поверхностное сопротивление

На поверхность укреплены два электрода и измерено сопротивление между ними. Толщина образца должна быть больше размеров квадрата. Размеры

Значения не имеют.

Используются так же величины обратные сопротивлению: Удельные объемное и поверхностные проводимости.

Проводимость по постоянному напряжению на основе сквозного тока.

Электропроводность диэлектриков зависит от многих факторов, таких как:

1. Агрегатное состояние

2. Влажность

3. Температура

При длительном воздействии внешнего электрического поля проводимость может меняться. Если сквозной ток при длительном воздействии уменьшается, то проводимость была обусловлена в основном ионами примесей. В результате происходит электрическая очистка образца. Если сквозной ток со временем увеличивается, то причина в старении под напряжением (накопление разнообразных дефектов). В некоторых материалах может наблюдаться анизотропия проводимости, которая проявляется в том, что в различных направлениях проводимость может меняется в большое число раз (обусловлено строением кристаллической решетки). При этом эти направления зависят от осей симметрии кристалла (в кварце до 1000 раз).

Потери в диэлектриках

Диэлектрическими потерями называются электрической мощностью затрачиваемую на нагрев диэлектрика при прохождении через него электрического тока. При постоянном напряжении нагревают диэлектрик. При переменном напряжении нагрев проявляется многими различными механизмами на различных частотах. Так как потери обусловлены сразу действиями нескольких механизмов, то их сумма является сложной функцией.

Угол или тангенс угла потерь .

Углом диэлектрических потерь называют угол, дополняющий до 90^о угол сдвига фаз между токами и напряжениями в емкостной цепи.

Так как есть потери, есть активная составляющая. Чем больше тем больше потери.

Схема замещения реального конденсатора:

Все потери конденсатора описываются неким резистором включенным параллельно конденсатору.

, где зависит от частоты.

Вводится коэффициент диэлектрических потерь:

Виды диэлектрических потерь:

1. Потери на электропроводность (этот вид потерь, как правило, от частоты не зависит).

2. Релаксационные потери (Обусловлены активной составляющей поляризационных токов. Наблюдаются не при всех видах поляризации, а только у тех, в которых имеет место релаксация. Эти потери особенно заметны на ВЧ).

3. Ионизационные потери (Проявляются газообразных диэлектриках, энергия идет на ионизацию нейтральных атомов и молекул).

4. Резонансные потери (Проявляются при совпадении частоты внешнего колебания с резонансной частотой атомов и молекул. Это ведет к тому, что А_м атомов и молекул возрастает, за счет этого возрастают тепловые потери.)

Пробой диэлектриков

Во внешнем электрическом поле большой напряженности диэлектрик может потерять свои изоляционные свойства (). При этом в диэлектрике образуется проводящий канал – пробой.

Величина зависит от следующих факторов:

1. Вид материала

2. Толщина материала

3. Конфигурация электрического поля (форма электродов)

Если поле примерно однородное, то пробой наступает медленнее, чем в случае неравномерной напряженности. - характеризует не способность материала, а способность изделия из этого материала.

Электрическая прочность – минимальная напряженность однородного электрического поля приводящего к пробою.

- толщина

При пробое газообразного диэлектрика из-за высокой подвижности молекул после снятия напряжения пробитый участок восстанавливает свои свойства. В основном пробой твердого диэлектрика приводит к разрушению. Пробивные свойства воздуха зависят от:

1. Давление

2. Влажность

3. Внешняя ионизация

По сравнению с остальными диэлектриками воздуха не велико. Пробой в воздухе может развиваться по двум механизмам:

1. Ударная ионизация

2. Фотоионизация

Электрическая прочность газов на различных частотах может меняться. На ВЧ может быть больше на постоянном напряжении. У инертных газов электрическая прочность, как правило, ниже, чем у воздуха.

Жидкие диэлектрики при нормальных условиях имеют более высокую электрическую прочность, чем газы. В то же время наличие примеси сильно ухудшает электрические свойства. В твердых диэлектриках наблюдаются пробои трех типов:

- электрический

- тепловой

- электрохимический

Сущность электрического пробоя заключается в следующем. Из немногих имеющихся электронов, ускоряемых полем, образуются лавины. Если таких лавин много, то в них возникает высокое давление и материал разрушается.

Тепловой пробой характерен для материалов с большими диэлектрическими потерями. У материалов с большими диэлектрическими потерями большая активная составляющая тока. Если есть активная составляющая, происходит выделение тепла. Если охлаждение недостаточно, то материал термически разрушается. В результате протекания тока меняется химический состав диэлектрика. Материал стареет и возникает пробой.

Классификация видов диэлектриков.

В зависимости от исполняемой функции диэлектрики делятся на три класса:

- электроизоляционные материалы

Предназначены для электрической изоляции элементов, находящихся под разными напряжениями.

- конденсаторные диэлектрические материалы

Предназначены для создания электрической емкости и аккумуляции электрической энергии в виде электрического поля.

- активные диэлектрики

Используются для создания специализированных устройств. У них сложная зависимость свойств от внешних условий. Предназначены для разделения постоянного и переменного напряжений.

Для электроизоляционных материалов ε (диэлектрическая проницаемость среды) малая и большая ρ (удельное сопротивление).

Для конденсаторных диэлектриков, чем больше ε, тем лучше.

У активных диэлектриков ε имеет нелинейную зависимость. На этой нелинейности основано изготовление многих устройств.

По агрегатному состоянию диэлектрики подразделяют на:

- газообразные

- жидкие

- твердые

- твердеющие

По химической природе диэлектрики подразделяют на:

- органические

- неорганические

- элементоорганические

Твердые и твердеющие диэлектрики делятся на:

- линейные полимеры

- эластомеры (каучук)

- композиционные порошковые пластмассы

- пропиточные вещества, включая компаунды и лаки

- волокнистые непропитанные материалы

- лакоткани и слоистые материалы

- монокристаллические диэлектрики

- стекла

- керамика

До начала ионизации газы являются идеальными диэлектриками. С началом ионизации это свойство резко падает. С ростом частоты тангенс потерь воздуха сложным образом меняется в широких пределах. С ростом давления пробивные свойства резко улучшаются, и он становится лучшим диэлектриком.

Среди жидких диэлектриков выделяют нефтяные масла (трансформаторное, кабельное, конденсаторное). Отличие в марках существует из-за степени очистки и содержания фракций. Трансформаторное масло повышает электрическую прочность, отводит тепло путем конвекции, а также используется для дугогашения. Конденсаторное масло заливают в конденсаторы. Синтетические жидкие масла предназначены для: пропитки изоляции, улучшения металлических свойств конструкции. Самыми перспективными являются фторорганические жидкие диэлектрики. У них повышенная дугостойкость и теплоотводящие свойства. Растительные масла также относят к жидким диэлектрикам.

Твердые диэлектрики. Сейчас используются полимерные диэлектрики (линейные и пространственные полимеры). Линейные полимеры представляют собой длинные цепочки. Пространственные полимеры представляют собой длинные цепочки, соединенные между собой перемычками, то есть образуют сетку. Линейные полимеры гибкие и эластичные. При высокой температуре они легко расплавляются и размягчаются. В отличие от них пространственные полимеры являются более твердыми. Лишь немногие из них плавятся (при высоких температурах они разрушаются). У элементоорганических диэлектриков главная цепочка образована не углеродом, но может обрамляться органическими фрагментами. Строение макромолекул веществ в основном и определяет электрические свойства. Электрические свойства зависят от симметрии молекул вещества. У веществ с симметричной молекулой либо отсутствует свой дипольный момент, либо он слабо выражен. У таких веществ большое удельное сопротивление и малый тангенс потерь. Их энергия не тратится на поворот диполя. У веществ с несимметричными молекулами электрический момент диполя выражен.