Учебное пособие по материалке от Дистанционщиков (540408), страница 5
Текст из файла (страница 5)
Знак заряда частицы будетположительным, если диэлектрическая проницаемость частиц больше диэлектрической15проницаемости растворителя и наоборот. Такие заряженные частицы называютмолионами.Удельное сопротивление жидкостей ρ уменьшается с ростом температуры поэкспоненциальному законуρ=B.exp(W/kT) ,где B - константа, W - энергия диссоциации, k - постоянная Больцмана. Поаналогичному закону изменяется и вязкость жидкости.Удельные проводимости неполярных, слабополярных и сильнополярных жидкихдиэлектриков приведены в таблице.МатериалНеполярные жидкости (бензол, трансформаторное масло)УдельноесопротивлениеОм.м1010-1013Слабополярные жидкости (совол, касторовое масло)108-1010Сильнополярные жидкости (дистилированная вода, этиловыйспирт, ацетон)103-105ρ,Закон Ома в жидкостях нарушается в сильных полях (Е = 0.05 - 0.06 МВ/м).Возможные причины:• диссоциация молекул жидкости, приводящая к резкому росту концентрацииионов;• увеличение подвижности;• автоэлектронная эмиссия электронов с катода в тщательно очищенныхжидкостях.Электропроводность твердых диэлектриковДля твердых диэлектриков наиболее характерна ионная электропроводность.
Вкристаллических веществах ионную проводимость можно объяснить, исходя изпредставлений о внутренних нарушениях структуры или дефектах решетки.Согласно Я.И.Френкелю под действием тепловых флуктуаций ионы получаютиногда энергию, достаточную, чтобы покинуть нормальные положения в решетке ипопасть в пространство между нормально закрепленными ионами (межузлия).При тепловом возбуждении эти межузельные ионы перескакивают из одногомежузельного положения в другое, а если к кристаллу приложено поле, то внаправлении поля более часто.
Через диэлектрик будет протекать электрический ток.Посмотрите, как происходит процесс электропроводности в кристалле пофренкелевскому механизму.Если при движении по кристаллу ион встречает вакантное место, то он сновазакрепляется в узле решетки. Такой процесс приводит к обмену атомов местами, тоесть к диффузии.16Рис. 1.9. Механизм электропроводности в кристалле поФренкелюКоэффициент диффузии D связан с подвижностью соотношением НернстаЭнштейнаµ/D = e/kT,где µ - подвижность, e - заряд, k - постоянная Больцмана, T - температура.Коэффициенты диффузии, вычисленные по этой формуле, при комнатной температуреочень малы, не более 10-5 см2/с, а подвижность 10-4 см/В.с.В процессе электропроводности играют роль не только собственные ионырешетки, но и ионы примесей, особенно с высокой подвижностью.
К таким ионамотносятся ионы Na+, K+, H+, роль которых велика уже при комнатной температуре.К числу примесных ионов с большой подвижностью относятся такие ионы как Cu+,Au+, Ag+. Для таких ионов D = 10-5 - 10-7 см2/с, µ = 10-2 - 10-4 см2/В.с. Возможен и другоймеханизм электропроводности кристаллов (по Шоттки), при котором дефектыобразуются в результате удаления равного числа анионов (-) и катионов (+) изнормальных узлов решетки и помещении их в новые узлы на внешних и внутреннихповерхностях кристалла.
В этом случае вакансии перемещаются по кристаллувследствии переноса в незанятый узел ионов из соседних узлов. Посмотрите, какпроисходит этот процесс.17Рис. 1.10. Механизм электропроводности в кристаллепо ШотткиЭлектропроводность твердых диэлектриковДля многих ионных кристаллов удельная электропроводность экспоненциальнозависит от температурыγ = e.n.µ = γo.exp(-Wa/kT),где Wa = W/2 + U, а W = Wf или W = Ws - энергия образования дефектов поФренкелю или по Шоттки в зависимости от типа дефектов, U - энергия активацииперемещения ионов, меньшая W.В координатах ln γ= f(1/T) эта зависимость представляется в виде прямой линии,либо в виде линии с изломом, если имеются два различных механизма проводимости. Вэтом случае зависимость γ от 1/T будет представляться суммой двух экспонентγ=γ1.exp(-Wa1/kT) + γ2.exp(-Wa2/kT).Как видно из рисунка, по наклону прямых ln γ можно найти Wa1 и Wa2 например дляWa1 имеем:Wa1 = [(ln γ2 – ln γ1)/((1/T1)-(1/T2))] .k.Рис.
1.11. Зависимость удельной проводимости NaCl оттемпературы:1 – низкотемпературная область;2 – высокотемпературная областьДля низкотемпературного участка NaCl по экспериментальным данным Wa = 1,7 2,2 эВ.В низкотемпературной области проводимость в основном определяетсяпримесями и кривая в этой области имеет более слабый наклон, ввысокотемпературной области - проводимость за счет собственных ионов (Cl-).Обычно Wa1/Wa2 = 1/2, a γ1/γ2 = 10-5. Следует отметить, что Wa2 не чувствительна кналичию примесей.Внекоторыхтвердыхнеорганическихдиэлектриках,напримервтитаносодержащейкерамике,возможнаэлектроннаяилидырочнаяэлектропроводность.18Электропроводность полимерных диэлектриковЭлектропроводность полимерных диэлектриков носит в основном ионныйхарактер.
Источником ионов могут быть как сами молекулы, так и ионогенные примеси.По данным Б.И.Сажина энергия ионизации молекул примесей ионогена всего лишь 0.2эВ и менее, концентрация свободных ионов в полимерах очень мала и составляет 1020 1022 м-3.Ширина запрещенной зоны у полимерных диэлектриков велика, например уфторопласта-4 W = 10.07 эВ. Однако, у некоторых полимерных диэлектриков можетнаблюдаться электронная проводимость, например у полимеров с сопряженнымидвойными связями, у которых ширина запрещенной зоны невелика.Концентрация электронов или дырок в полимерах зависит от их химическогостроения и условий обработки и может меняться в широких пределах: от 1016 до 1026м-3.Зависимость ln γ = f(1/T) для полимеров вплоть до температуры стеклования Тсносит линейный характер.Зависимость удельной электропроводности отнапряженности электрического поляВ области слабых полей увеличение удельной проводимости (уменьшениесопротивления изоляции) с повышением приложенного напряжения можно объяснить,наряду с образованием объемных зарядов, плохим контактом между электродом идиэлектриком, изменением под действием поля формы и размеров включений влаги,ионизацией газовых включений и др.В сильных полях 10 - 100 МВ/м зависимость удельной проводимости отнапряженности Е хорошо описывается эмпирической формулой Пуля:⋅= ⋅ β1Eγ γ e0а в некоторых случаях формулой Френкеля:γ = γ ⋅ eβ⋅2E0β и γ0в формулах − константы, характерные для данного диэлектрика.
Уполимерных диэлектриков существенного отклонения от закона Ома для электрическойпроводимости, обусловленной сквозным током, не обнаружено вплоть донапряженностейполя 107−108 В/м. Значительные отклонения от закона Оманаблюдаютсядля эффективной диэлектрической проводимости, т.е. с учетомполяризации и времени выдержки образца под напряжением.У полимерных диэлектриков существенного отклонения от закона Ома дляэлектрической проводимости, обусловленной сквозным током, не обнаружено, вплотьдо напряженностей 107–108 В/м. Значительные отклонения от закона Ома наблюдаютсядля эффективной электрической проводимости, то есть с учетом поляризации ивремени выдержки образца под напряжением. В этом случае нелинейная зависимостьγ=f(E)обусловлена нелинейной зависимостью поляризованности от напряжения длявысоковольтной поляризации, а не эффектами Пуля-Френкеля.Вопросы для самопроверкиВопрос. В чем состоит природа сквозного тока (тока утечки)?19Ответ.
Сквозной ток — Iскв (ток утечки) протекает по диэлектрику подвоздействием постоянного напряжения и обусловлен наличием в диэлектрикахсвободных носителей заряда.Вопрос. В чем состоит природа тока смещенияОтвет. Ток смещения обусловлен быстрыми видами поляризации и возникает вдиэлектрике в момент включения постоянного электрического поля.Вопрос. В чем состоит природа тока абсорбции?Ответ. Ток абсорбции обусловлен активными составляющими токов, связанных сустановлением замедленных (релаксационных) поляризаций.Вопрос.
От каких факторов зависит удельное поверхностное сопротивлениедиэлектриков?Ответ. Удельное поверхностное сопротивление диэлектриков зависит от природыдиэлектрика, температуры, влажности, приложенного напряжения.Вопрос. С чем связан линейный характер зависимости на начальном участкевольтамперной характеристики газообразного диэлектрика?Ответ.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
