Поиск

Полнотекстовый поиск:
Где искать:
везде
только в названии
только в тексте
Выводить:
описание
слова в тексте
только заголовок

Рекомендуем ознакомиться

Главная > Реферат >Физика

Сохрани ссылку на реферат в одной из сетей:

ЖИТОМИРСЬКИЙ ВІЙСЬКОВИЙ ІНСТИТУТ ІМЕНІ С.П. КОРОЛЬОВА

НАЦІОНАЛЬНОГО АВІАЦІЙНОГО УНІВЕРСИТЕТУ

Електропровідність діелектричних матеріалів та діелектричні втрати й пробої в них

Житомир 2008

План

1. Основні поняття з електропровідності діелектриків

2. Основні поняття про діелектричні втрати

3. Загальна характеристика явища пробою

1. Основні поняття з електропровідності діелектриків

Всі діелектричні матеріали під впливом напруги пропускають дуже незначний струм, що має назву струму витікання. Чим меншої величини є цей струм тим меншою є електропровідність діелектрика, тобто вище його якість.

Поляризаційні процеси зміщення зв’язаних зарядів в речовині до моменту встановлення стану рівноваги, протікають у часі, створюючи струми зміщення в діелектриках.

Струми зміщення пружно зв’язаних зарядів при електронній та іонній поляризації є настільки короткочасними, що зафіксувати їх приладами дуже важко.

Струми зміщення різних видів сповільненої поляризації, що спостерігаються у більшості технічних діелектриків, називаються абсорбційними струмами, які при:

- постійній напрузі, протікають лише в момент вмикання та вимикання напруги, при цьому змінюючи свій напрямок;

- змінній напрузі, протікають на протязі всього часу знаходження діелектричного матеріалу під дією змінного електричного поля.

Наявність в технічному діелектрику невеликої кількості вільних зарядів приводить до виникнення незначних за величиною об’ємного та поверхневого наскрізних струмів

J наскр = J наскр V+ J наскр S .

Повна щільність струму витікання в технічному діелектрику є сумою щільностей наскрізного струму та струму абсорбції:

J вит = J наскр + Jабс

Щільність струму зміщення Jзм визначається швидкістю зміни вектора електричного зміщення (індукції) D:

,

що обумовлений миттєвими (електронними, іонними) та сповільненими зміщеннями зарядів.

Залежність струму через діелектрик від часу показана на рис. 1.


Рис. 1.

Як видно з рисунку, після завершення процесів поляризації через діелектрик протікає лише наскрізний струм.

Провідність діелектрика при постійній напрузі визначається тільки наскрізним струмом, що супроводжується виділенням та нейтралізацією зарядів на електродах. При змінній напрузі активна провідність визначається як наскрізним струмом так і активними складовими абсорбційного струму. Особливістю електропровідності діелектриків у більшості випадках є її неелектронний (іонний) характер.

Опір ізоляції діелектрика Rіз, що визначає величину наскрізного струму, може бути розрахований за формулою:


де U – величина прикладеної до діелектрика напруги;  Іабс – величина сумарного струму абсорбції, І вит – величина струму витікання.

Для того щоб не склалося невірного уявлення про велику електропровідність діелектрика, при розрахунку його опору ізоляції величину струму крізь нього вимірюють через одну хвилину після вмикання джерела напруги. При цьому через діелектрик буде протікати тільки один струм - наскрізний.

Для аналізу твердих електроізоляційних матеріалів розрізняють об’ємну та поверхневу електропровідності.

Для порівняльної оцінки об’ємної та поверхневої електропровідності різних матеріалів користуються значеннями питомих об’ємногоV та поверхневого S опорів, а також обернено пропорційних їм питомих об’ємної V та поверхневої провідності S.

Питомий об’ємний опір V дорівнює об’ємному опору куба з ребром в 1 [м], подумки вирізаного з діелектричного матеріалу, що досліджується (якщо струм проходить крізь куб, від однієї його грані до протилежної), помноженому на 1 [м].


,

де: RV - об’ємний опір зразка матеріалу, [Ом];

S – площа електрода, [м2];

h – товщина зразка, [м].

Питома об’ємна провідність V вимірюється в [См/м].

Питомий поверхневий опір S дорівнює опору квадрату (будь-яких розмірів), подумки виділеного на поверхні матеріалу, якщо струм проходить через квадрат від однієї його сторони до протилежної.


[Ом],


де: RS – поверхневий опір зразка діелектрика, [Ом];

d – ширина електроду, [м];

ℓ – відстань між електродами, [м].

Питома поверхнева провідність S вимірюється в [См].

Повна провідність твердого діелектрика, яка відповідає його опору ізоляції, складається з об’ємної та поверхневої провідності  = V + S.

Електропровідність ізоляційних матеріалів залежить від:

стану речовини (газоподібний, рідинний або твердий);

параметрів навколишнього середовища (вологості і температури);

величини напруженості електричного поля в зразку.

Для конденсаторів добуток опору ізоляції діелектрика Rіз на його ємність С називають постійною часу саморозряду конденсатора:


або 0 = Rіз  С =   0  r

Електропровідність газів

Іонізація нейтральних молекул газу виникає або під впливом зовнішніх факторів, або внаслідок зштовхування заряджених частинок з молекулами (в розріджених газах). Зовнішніми факторами, які здатні викликати іонізацію газу є:

- рентгенівські, ультрафіолетові, космічні, радіоактивні промені;

- температурний вплив (сильний розігрів газу).

Електропровідність газу, яка обумовлена дією зовнішніх іонізаторів, називається несамостійною. При іонізації газу, яка обумовлена зовнішніми факторами, відбувається розщеплення молекул на позитивні та негативні іони. Одночасно відбувається з’єднання позитивних іонів з негативними частинками, в результаті чого створюються нейтральні молекули. Цей процес називається рекомбінацією, наявність якої перешкоджає безмежному росту кількості іонів в газі. Ударна іонізація виникає в газах, коли кінетична енергія заряджених частинок, що набувається під впливом електричного поля, досягає достатньо великих значень. Електропровідність газу, яка обумовлена ударною іонізацією, носить назву самостійної. В слабких полях ударна іонізація відсутня і самостійної електропровідності не спостерігається.

Для повітря напруженість електричного поля, при якій виникає ударна іонізація становить

Еі  105÷ 106 [В/м].

Електропровідність рідин

Електропровідність рідинних діелектриків тісно пов’язана з будовою молекул рідини. У неполярних рідинах (не містять електричних диполів, здатних до переорієнтації у зовнішньому електричному полі) електропровідність залежить від наявності дисоційованих домішок (дисоціація – розщеплення), у тому числі вологи. У полярних рідинах (містять електричні диполі, здатні до переорієнтації у зовнішньому електричному полі) електропровідність визначається не тільки домішками, але й дисоціацією молекул самої рідини.

Струм в рідині обумовлюється, як рухом іонів, так і рухом відносно великих заряджених колоїдних часток. Неможливість повного видалення здатних до дисоціації домішок з рідинного діелектрика ускладнює отримання електроізоляційних рідин з малими значеннями питомої електропровідності. Полярні рідини характеризуються більшою електропровідністю, ніж неполярні, причому зростання діелектричної проникності приводить до збільшення електропровідності. Багатополярні рідини відрізняються достатньо великою електропровідністю і можуть розглядатися не як діелектрики, а як провідники з іонною електропровідністю. Очищення рідинних діелектриків від домішок суттєво підвищує їх питомий опір (зменшує питому електропровідність). Питома електропровідність будь-якої рідини суттєво залежить від температури. З ростом температури рухливість іонів u зростає у зв’язку зі зменшенням в’язкості та збільшується ступінь теплової дисоціації. Обидва фактори підвищують електропровідність рідинних діелектриків.

Математично питому провідність рідинного діелектрика можна записати у вигляді виразу:


де А та а – постійні величини, що характеризують певну рідину.

Для неширокого інтервалу температур:


де 0 та  - постійні величини, що характеризують певну рідину; t – температура, оС.

Залежність питомої провідності рідини від її в‘язкості описується аналітичним виразом


де n0 – концентрація носіїв зарядів в рідині; q – заряд носія; r – радіус носія заряду; η – в’язкість речовини.

Електропровідність твердих тіл

Електропровідність твердих тіл обумовлена рухом:

- іонів самого діелектрика;

- іонів домішок;

- вільних електронів (характерна для сильних електричних полів, переносу речовини не відбувається).

Вид електропровідності визначається експериментально на підставі законів Фарадея. Іонна електропровідність супроводжується переносом речовини. В процесі проходження електричного струму через твердий діелектрик іони домішок, що містяться в ньому частково видаляються, при цьому, як і в рідинах, це супроводжується їх виділенням на електродах.

При іонній електропровідності число дисоційованих іонів та їх рухомість знаходяться в експоненціальній залежності від температури:


, (1)

де n0max , u max – максимальні концентрація та рухомість носіїв заряду при Т → ; WВ – енергія вивільнення іонів;WП – енергія переміщення іона, що визначає його перехід з одного неврівноваженого стану в інший.

Використовуючи вираз питомої провідності, який можна одержати з закону Ома:


 = n0  q  u ( u – рухливість носіїв заряду, що дорівнює відношенню середньої швидкості направленого руху носіїв заряду до напруженості електричного поля, яка приймається рівною одиниці,

u = υ/Е, [м2/с∙В]),

і вирази (1), та об’єднавши сталі n0max, umax, q в один коефіцієнт отримаємо :




Скачать работу

Похожие работы:

Загрузка...