Com-ip.ru

КОМ IP
3 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Ток сквозной проводимости в диэлектрике

Ток сквозной проводимости в диэлектрике

  • Главная
  • Общие сведения
  • Теоретические основы
  • Методические основы
  • Приложения
  • КИМы
  • Список литературы
  • Поиск
  • Введение
  • 1 Общие сведения об электроматериалах
    • 1.2 Особенности строения твердых тел
    • 1.3 Элементы зонной теории твердого тела
  • 2 Проводниковые материалы
    • 2.1 Виды электропроводности проводниковых материалов
    • 2.2 Основные свойства металлических проводников
    • 2.3 Металлы высокой проводимости
    • 2.4 Тугоплавкие металлы
    • 2.5 Благородные металлы
    • 2.6 Коррозионно-стойкие металлы
    • 2.7 Некоторые другие металлы
    • 2.8 Сплавы высокого сопротивления
    • 2.9 Сплавы для термопар
    • 2.10 Тензометрические сплавы
    • 2.11 Контактные материалы
    • 2.12 Припои и флюсы
    • 2.13 Неметаллические проводящие материалы
  • 3 Полупроводниковые материалы
    • 3.1 Электропроводность полупроводников
    • 3.2 Влияние внешних факторов на электропроводность полупроводников
    • 3.3 Термоэлектрические и электротермические эффекты в полупроводниках
    • 3.4 Гальваномагнитные эффекты в полупроводниках
    • 3.5 Оптические и фотоэлектрические эффекты в полупроводниках
    • 3.6 Электрические переходы
    • 3.7 Основные полупроводниковые материалы
  • 4 Диэлектрические материалы
    • 4.1 Поляризация диэлектриков
      • 4.1.1 Полярные и неполярные диэлектрики
      • 4.1.2 Механизмы поляризации
      • 4.1.3 Влияние различных факторов на относительную диэлектрическую проницаемость
    • 4.2 Электропроводность диэлектриков
      • 4.2.1 Электропроводность твердых диэлектриков
      • 4.2.2 Электропроводность жидких диэлектриков
      • 4.2.3 Электропроводность газов
    • 4.3 Диэлектрические потери
      • 4.3.1 Потери на электропроводность
      • 4.3.2 Релаксационные потери
      • 4.3.3 Резонансные потери
      • 4.3.4 Миграционные и ионизационные потери (потери от неоднородности структуры)
    • 4.4 Пробой диэлектриков
      • 4.4.1 Пробой газов
      • 4.4.2 Пробой жидкостей
      • 4.4.3 Пробой твердых диэлектриков
    • 4.5 Основные диэлектрические материалы
      • 4.5.1 Газообразные диэлектрики
      • 4.5.2 Жидкие диэлектрики
      • 4.5.3 Твердые диэлектрики
    • 4.6 Активные диэлектрики
      • 4.6.1 Сегнетоэлектрики
      • 4.6.2 Пьезоэлектрики
      • 4.6.3 Пироэлектрики
      • 4.6.4 Электреты
      • 4.6.5 Жидкие кристаллы
  • 5 Магнитные материалы
    • 5.1 Общие сведения о магнитных свойствах вещества
    • 5.2 Классификация веществ по магнитным свойствам
    • 5.3 Физическая сущность ферромагнетизма
      • 5.3.1 Доменное строение как основа ферромагнетизма
      • 5.3.2 Намагничивание ферромагнетиков
    • 5.4 Структура ферромагнетиков
    • 5.5 Основные свойства ферромагнетиков
      • 5.5.1 Магнитострикция и магнитоупругость
      • 5.5.2 Влияние температуры на магнитные свойства
      • 5.5.3 Магнитные потери
    • 5.6 Основные магнитные материалы и их использование
      • 5.6.1 Постоянные магниты
      • 5.6.2 Пермаллои
  • 6 Основные компоненты радиоэлектроаппаратуры
    • 6.1 Общие сведения о компонентах радиоэлектроаппаратуры
    • 6.2 Резисторы: классификация, основные параметры
      • 6.2.1 Классификация резисторов
      • 6.2.2 Основные параметры и свойства резисторов
      • 6.2.3 Основные виды проводящих элементов резисторов
      • 6.2.4 Магниторезисторы
      • 6.2.5 Фоторезисторы
    • 6.3 Конденсаторы
      • 6.3.1 Классификация конденсаторов
      • 6.3.2 Основные характеристики конденсаторов
      • 6.3.3 Нелинейные конденсаторы
    • 6.4 Полупроводниковые диоды
      • 6.4.1 Общие сведения и основные параметры
      • 6.4.2 Классификация диодов
      • 6.4.3 Условное графическое обозначение диодов в схемах
      • 6.4.4 Надежность и причины отказов полупроводниковых диодов
  • 7 Датчики физических величин на основе электроматериалов
    • 7.1 Краткие сведения о датчиках
    • 7.2 Термоэлектрический эффект Зеебека
    • 7.3 Электротермический эффект Пельтье
    • 7.4 Эффект Холла
    • 7.5 Магниторезистивный эффект (эффект Гаусса)
    • 7.6 Магнитоупругий эффект
    • 7.7 Фотоэффект
    • 7.8 Терморезистивный эффект
    • 7.9 Тензорезистивный эффект
    • 7.10 Пьезоэлектрический эффект
    • 7.11 Пироэлектрический эффект

4.2 Электропроводность диэлектриков

► Особенности электропроводности диэлектриков

Все диэлектрические материалы под воздействием постоянного напряжения пропускают некоторый, обычно весьма незначительный ток, называемый током утечки, т.е. обладают электропроводностью. Однако по сравнению с электропроводностью проводников и полупроводников механизм электропроводности у диэлектриков имеет ряд характерных особенностей.

Во-первых, поверхностный сквозной ток Is (рисунок 4.13) по значению сравним с объемным сквозным током Iv. Этот ток через объем участка изоляции очень мал из-за очень большого удельного электрического сопротивления диэлектриков: от 10 6 –10 8 Ом*м для плохих электроизоляционных материалов типа дерева, асбестоцемента и до 10 14 –10 16 Ом*м для хороших, например, полистирола.

Рисунок 4.13 – Токи, протекающие через образец диэлектрика

Общий ток участка изоляции определяется суммой этих токов:

(4.32)

Проводимость G также складывается из двух проводимостей: объемной Gv и поверхностной Gs:

(4.33)

Величины, обратные этим проводимостям, называются сопротивлениями участка изоляции – объемным Rv и поверхностным Rs. Общее сопротивление изоляции определяется по формуле:

.(4.34)

Под удельным сопротивлением диэлектрика ρ обычно понимают удельное объемное сопротивление ρv, а понятие удельного поверхностного сопротивления ρs используется в качестве дополнительной характеристики.

Второй характерной особенностью электропроводности диэлектриков является постепенное спадание тока со временем после подключения постоянного напряжения (рисунок 4.14).

Рисунок 4.14 – Изменение тока в диэлектрике после подключения постоянного напряжения

В начальный промежуток времени в цепи протекает быстро спадающий ток смещения Iсм, прекращающийся за время, примерно равное постоянной времени RC схемы «источник–образец», которое обычно мало. Однако ток продолжает изменяться и после этого, часто в течение минут и даже часов. Медленно изменяющаяся составляющая тока, обусловленная перераспределением свободных зарядов в объеме диэлектрика, называется током абсорбции Iабс. Этот ток связан с поглощением носителей заряда объемом диэлектрика: часть носителей встречает на своем пути ловушки захвата – дефекты решетки, захватывающие и удерживающие носители, поэтому он называется также ловушечным током. Со временем все ловушки заполняются носителями, ток абсорбции прекращается и остается только не изменяющийся во времени сквозной ток Iскв. Этот ток обусловлен прохождением носителей заряда от одного электрода до другого и равен сумме объемного и поверхностного сквозных токов:

Читать еще:  Сила тока в диэлектрике
(4.35)

При постоянном напряжении ток абсорбции протекает только при его включении и выключении, меняя свое направление. Тем не менее, он приводит к ряду нежелательных эффектов, прежде всего к накоплению носителей заряда в определенных местах диэлектрика – дефектах решетки, границах раздела, неоднородностях. Вследствие появления объемных зарядов распределение напряженности поля в диэлектрике становится неоднородным. Кроме того, накопление объемных зарядов приводит и к такому нежелательному явлению, как неполный разряд конденсатора при коротком замыкании его обкладок. Количественной оценкой этого явления служит коэффициент абсорбции, равный отношению остаточного напряжения к начальному.

При переменном напряжении ток абсорбции присутствует в течение всего времени нахождения материала в электрическом поле.

При измерении удельного сопротивления ток абсорбции необходимо исключить, выдерживая образец под напряжением в течение некоторого времени (обычно достаточно 1 минуты).

При длительной работе под напряжением сквозной ток через диэлектрик с течением времени может как уменьшаться, так и увеличиваться. Уменьшение сквозного тока говорит о том, что электропроводность материала была обусловлена ионами посторонних примесей и уменьшилась за счет электрической очистки образца. Увеличение же тока свидетельствует об участии в нем зарядов, которые являются структурными элементами самого материала, и о протекающем в диэлектрике необратимом процессе старения под напряжением, который постепенно приведет к его пробою и разрушению.

Механизм электропроводности диэлектриков имеет различный характер в зависимости от их агрегатного состояния.

© ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной технический университет»
Редакционно-издательский центр
Отдел допечатной подготовки и программно-методического обеспечения
Уфа 2014

Токи смещения, абсорбции и сквозной проводимости

Токи смещения, абсорбции и сквозной проводимости

  • Ток смещения, поглощения и сквозной проводимости Вторая особенность проводимости диэлектрика заключается в том, что ток затухает с течением времени после приложения постоянного напряжения. Когда напряжение постоянного тока включено ток до dielec- 69.3. 3.3. Зависимость величины тока I в диэлектрике от времени t приложения постоянного напряжения (схематично):/cm-ток смещения, обусловленный вариантным типом поляризации;/AB-ток поглощения;/SC-ток смещения.-

Трайк сначала резко увеличивается, затем постепенно уменьшается, асимптотически приближаясь к значению постоянного установившегося состояния(рис. 3.3). Резкое увеличение тока в начале и его последующее уменьшение вызвано током смещения 1 см в диэлектрике. Плотность тока смещения USM определяется скоростью изменения вектора электрического смещения D (или вектора E, D=eoee): jCM=dD/dr=£OE(dE/dt). (3.4) ток смещения / см обусловлен как мгновенной (деформированной)

поляризацией, так и запаздывающей (ослабленной) поляризацией, а также перераспределением свободного заряда-их дрейфом, но не поляризацией. Людмила Фирмаль

В первом случае из-за короткого периода установления электронной и ионной поляризации/см невозможно зафиксировать с помощью измерительного прибора. Ток смещения, индуцированный поляризационным вариантным типом, является существенным в работе р-р-перехода в полупроводниковых приборах и подробно рассматривается в главе 8.6. Во втором случае ток смещения наблюдается в техническом диэлектрике от нескольких минут до нескольких десятков минут после подачи напряжения, называемого током поглощения / AB.

Ток поглощения 1А обусловлен типом поляризационной релаксации и перераспределением свободного заряда диэлектрического объема. Последнее приводит к накоплению носителей заряда в местах наибольшей концентрации дефектов решетки, неоднородностей, ловушек типа интерфейсов (уровней захвата). Это способствует поляризации организма. При поляризации диэлектрика на поверхности, обращенной к электроду, образуется поверхностно связанный заряд (см. главу 2.1.2). Для того чтобы компенсировать эти заряды на электродах, далее протекают сторонние заряды+0D и — (?)d (см. 2.1, J) образование и рост связаны с возникновением и ростом токов поглощения.

  • Когда поляризация диэлектрика начинает завершаться, рост заряда третьей стороны замедляется, а затем полностью прекращается, так что по мере завершения поляризации ток поглощения уменьшается и становится нулевым. Поток поглощения при постоянном напряжении наблюдается только в момент включения / выключения, переменное напряжение-при каждом полупериоде изменения электрического поля, то есть во все время приложения переменного напряжения. В результате поляризации диэлектрика, вызванной релаксацией вида, а также под действием образующегося объемного заряда, образец заряжается.

В диэлектриках возникает электрическое поле (ЭКФ), вектор которого направлен в противоположную сторону от приложенного магнитного поля. Если внешний источник напряжения от него и его короткозамкнутого выключается, а в паттерне идет обратный так называемый ток деполяризации, который образуется в результате высвобождения носителя в различные ловушки, то временная зависимость тока деполяризации включает информацию о молекулярной подвижности, структурных дефектах и в некоторых случаях предсказывает закономерность протекания тока полимерного диэлектрика или генерируется термически стимулированный ток деполяризации (ТДК).

Метод ТСД широко применяется при изучении релаксационных переходов (ТС, ТТ и др.). В законах накопления и движения полимерных диэлектриков, а также носителей заряда. Людмила Фирмаль

Составляющая тока, которая не изменяется при подаче постоянного напряжения, представляет собой постоянный поток заряженных частиц, разряженных в электрод, называемый сквозным током 1СК (сквозным током, током утечки или остаточным током), а величина сквозного тока определяет удельную объемную (или поверхностную) проводимость диэлектрика. Ток проводимости обусловлен направленным движением свободного заряда за счет обязательного разряда на электроде. Эти заряды питаются ионообразующими примесями, самими диэлектриками, и инжектируются с электродов сильным магнитным полем.

Читать еще:  Розетка для европейского блока питания

Только в результате разряда носителя заряда на электродах внешнего контура (положительные ионы принимают электроны с катода, отрицательные ионы излучают электроны на анод), если ток, протекающий в диэлектрике, имеет ионную величину, то во внешнем контуре-электроны. В результате ток преобразуется из ионного типа в электронный на электроде. Ток сквозной проводимости измеряется при подаче на образец постоянного напряжения, а затем ток поглощения падает почти до нуля. Это время, как упоминалось выше, составляет от нескольких минут до нескольких десятков минут и определяется экспериментально.

71 величина проникающего тока при длительном приложении постоянного напряжения может существенно изменяться в результате электрохимического процесса, а также образования объемного заряда. Величина сквозного тока не изменяется только при чисто электронных видах проводимости. Когда постоянное напряжение непрерывно прикладывается к твердому или жидкому диэлектрическому току, проходящему через проводимость, оно продолжает уменьшаться со временем (см. Рисунок). 3. 3, кривая 2), это означает, что электропроводность этого материала в основном обусловлена примесными ионами и снижается в результате электрической очистки образца.

Кроме того, проникающий ток уменьшается, если носители заряда, приближающиеся к электродам, не разряжаются над ними из-за высокого потенциального барьера на границе металл-диэлектрик. Накапливаясь в области вблизи электрода, носитель заряда образует объемный заряд (положительный на катоде, отрицательный на аноде), который препятствует прохождению тока. Объемный заряд области вблизи электрода также может формироваться (в сильном магнитном поле) в результате инжекции заряда с электрода, но в этом случае знак объемного заряда не совпадает с полярностью электрода.

Перед подачей электрического поля диэлектрик электрически нейтрален, то есть суммарный заряд всех малых объемов равен нулю, а после приложения электрического поля заряд (электрод или образец поляризуется) на макроскопическом расстоянии. Разряженный на электроде заряд образует ток сквозной проводимости. Таким образом, поляризация и проводимость всегда появляются одновременно, и через некоторое время поляризация завершается, а проводимость сохраняется. Если ток сквозной проводимости увеличивается со временем(см. Рисунок). 3.3, кривая 7), что указывает на участие в формировании тока заряда, являющегося структурным элементом материала.

При этом хронологический возраст материала-в нем происходит необратимый электрохимический процесс, постепенно приводящий к разрушению (разложению) образца (см. Главу 5). Например, прикладывая постоянное напряжение к нагретому неорганическому стеклу, дендрит может расти по всей толщине диэлектрика от катода к аноду и образовывать проводящий канал через ответвление отложений продукта — достаточное время прохождения тока за счет того, как электролитические продукты в стекле, особенно металлический натрий, выделяющийся на катоде, являются проводящими.

Образовательный сайт для студентов и школьников

Копирование материалов сайта возможно только с указанием активной ссылки «www.lfirmal.com» в качестве источника.

© Фирмаль Людмила Анатольевна — официальный сайт преподавателя математического факультета Дальневосточного государственного физико-технического института

Токи в диэлектриках

Виды электропроводности

Электропроводность диэлектриков – это состояние вещества, имеющего в наличие заряженные частицы, находящиеся в электрическом поле. Существует три основных вида электропроводности.

Электронная или металлическая электропроводность. Характерна для металлов и большинства твёрдых диэлектриков, носители зарядов – электроны.

Ионная или электролитическая электропроводность. Носители зарядов – ионы, характерный процесс – электролиз, в результате которого получаются новые вещества.

Молионная или электрофоретическая электропроводность. Носители зарядов группы молекул – молионы. Характерна для коллоидных растворов и суспензий. Результатом характерного процесса является изменение концентраций относительных слоёв жидкости.

В момент включения и выключения постоянного электрического поля через диэлектрик электрического конденсатора протекает обусловленный быстрыми видами поляризаций ток смещения Iсм за время около 10 — 15 с. В неполярных однородных диэлектриках затем устанавливается ток сквозной проводимости — Iскв. В начальный момент времени и при выключении постоянного поля через полярные и неоднородные диэлектрики протекает также ток абсорбции — Iабс, причиной которого являются замедленные (релаксационные) поляризации. Во многих диэлектриках, используемых в качестве электрической изоляции, Iскв устанавливается за время меньшее 1 мин. В переменном электрическом поле через диэлектрик протекают все, характерные для него виды токов.

Читать еще:  Какое расстояние между подрозетниками для двух розеток

Сквозной токIскв (ток утечки) обусловлен наличием в диэлектриках указанных в таблице свободных носителей заряда различной природы.

В постоянном электрическом поле токи абсорбции могут устанавливаться в течение длительного времени в зависимости от типа диэлектрика и механизма поляризации. Уменьшение тока Iабс может наблюдаться в течение минут или даже часов. После исчезновения тока абсорбции через диэлектрик будет протекать только ток Iскв. При расчете сопротивления изоляции на постоянном напряжении необходимо расчет вести по току сквозной проводимости Iскв, исключая токи абсорбции.

Основными характеристиками электроизоляционных материалов являются удельная объёмная проводимость gv и удельная поверхностная проводимость gs. Для их сравнительной оценки пользуются значениями удельного объемного сопротивления rv и удельного поверхностного сопротивления rs.

Удельное объемное сопротивления rv равно объемному сопротивлению куба с ребром в 1 м, мысленно выделенного из исследуемого материала, если ток проходит сквозь куб от одной его грани к противоположной (рис.1.13).

, [Ом·м].

Удельное поверхностное сопротивление rs равно сопротивлению прямоугольника, мысленно выделенного из поверхности материала, если ток проходит через него от одной его стороны к противоположной.

, [Ом],

где b – расстояние между электродами, a – ширина электродов.

Rs – поверхностное сопротивление образца материала между параллельно поставленными электродами шириной a, отстоящих друг от друга на расстояние b.

; .

Полное сопротивление диэлектрика составит .

Удельная объёмная проводимость .

Удельная поверхностная проводимость .

Электропроводность зависит от состояния вещества (твёрдое, жидкое, газообразное), а также от влажности и температуры окружающей среды, наличия ионизирующего излучения.

Поверхностный ток – ток, обтекающий поверхность образца is. Он зависит от чистоты поверхности диэлектрика – загрязнения, влажности, коррозии.

.

Объемный ток – ток, протекающий внутри диэлектрика по всему объёму iv. Он зависит от свойств самого диэлектрика.

.

Электропроводность диэлектриков

Электропроводность– явление, обусловленное наличием свободных и слабо связанных носителей заряда в диэлектрике. Эти заряды под действием постоянного приложенного напряжения приобретают направленное движение, вызывая тем самым электрический ток.

Идеальный диэлектрик должен иметь бесконечно большое электрическое сопротивление и не должен пропускать электрический ток. Однако реальные диэлектрики обладают некоторой электропроводностью (током утечки), и их удельное сопротивление составляет величину, лежащую в пределах от 10 6 (практически 10 9 ) до 10 17 Ом·м и выше. Поэтому, в диэлектрике при подведении к нему электрического поля наряду с поляризационными процессами, возникает также явление электропроводности.

Поляризационные процессы смещения связанных зарядов в веществе до момента установления равновесного состояния протекают во времени, создавая токи смещения, в диэлектриках. Токи смещения упругосвязанных зарядов при электронной и ионной поляризациях столь кратковременны, что их обычно не удается зафиксировать прибором. Токи смещения различных видов замедленной поляризации, наблюдаемые у большого числа технических диэлектриков, называют абсорбционными токами. При постоянном напряжении абсорбционные токи, меняя свое направление, протекают только в моменты включения и выключения напряжения; при переменном напряжении они протекают в течение всего времени нахождения материала в электрическом поле.

Наличие в технических диэлектриках небольшого числа свободных зарядов приводит к возникновению слабых по величине сквозных токов. Ток утечки в техническом диэлектрике представляет собой сумму сквозного тока и тока абсорбции. Для плотностей токов можно записать:

+ .

Плотность тока смещения определяется скоростью изменения вектора электрического смещенияD:

= ,

обусловленного мгновенными (электронными, ионными) и замедленными смещениями зарядов.

Как видно из рисунка 3.3., после завершения процессов поляризации через диэлектрик протекает только сквозной ток. Токи смещения необходимо принимать во внимание при измерениях проводимости диэлектриков ввиду того, что при небольшой выдержке образца диэлектрика под напряжением обычно регистрируется не только сквозной ток, но и сопровождающий его ток абсорбции, вследствие чего может быть формироваться неправильное представление о проводимости.

Проводимость диэлектрика при постоянном напряжении определяется по сквозному току, сопровождающемуся выделением и нейтрализацией зарядов на электродах. При переменном напряжении активная проводимость определяется не только сквозным током, но и активными составляющими абсорбционных токов.

Истинной сопротивление изоляции, определяющее сквозной ток, моет быть вычислено по следующей формуле:

.

Поскольку при определении абсорбционных токов даже замедленных видов поляризации возникают некоторые трудности, сопротивление диэлектрика рассчитывают обычно как частное от деления напряжения на ток, измеренный через одну минуту после включения напряжения и принимаемый за сквозной ток.

Дата добавления: 2017-01-08 ; просмотров: 2159 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector