Opór właściwy objętościowy i powierzchniowy dielektryków stałych

Badanie próbki stałej dielektryk, można wyróżnić dwie zasadniczo możliwe drogi przepływu prądu elektrycznego: po powierzchni danego dielektryka i przez jego objętość. Z tego punktu widzenia można ocenić zdolność dielektryka do przewodzenia prądu elektrycznego w tych kierunkach, korzystając z koncepcji rezystancji powierzchniowej i objętościowej.

Masowy opór Jest to opór, jaki wykazuje dielektryk, gdy przez jego objętość przepływa prąd stały.

Odporność powierzchniowa — Jest to opór, jaki wykazuje dielektryk, gdy przez jego powierzchnię przepływa prąd stały. Rezystywność powierzchniową i objętościową wyznacza się doświadczalnie.

Wartość rezystywności skrośnej dielektryka jest liczbowo równa rezystancji sześcianu wykonanego z tego dielektryka, którego krawędź ma długość 1 metra, pod warunkiem, że przez jego dwa przeciwległe boki płynie prąd stały.

Chcąc zmierzyć rezystancję masową dielektryka, eksperymentator przykleja metalowe elektrody do przeciwnych stron sześciennej próbki dielektryka.

Powierzchnię elektrod przyjmuje się jako S, a grubość próbki przyjmuje się h. W eksperymencie elektrody są instalowane w metalowych pierścieniach ochronnych, które są koniecznie uziemione w celu wyeliminowania wpływu prądów powierzchniowych na dokładność pomiarów.

Gdy elektrody i pierścienie ochronne są zainstalowane zgodnie ze wszystkimi odpowiednimi warunkami doświadczalnymi, do elektrod przykładane jest stałe napięcie U ze skalibrowanego źródła stałego napięcia i utrzymywane przez 3 minuty, tak aby procesy polaryzacji w próbce dielektrycznej zostały z pewnością zakończone.

Następnie, nie odłączając źródła napięcia stałego, zmierzyć napięcie i prąd przewodzenia za pomocą woltomierza i mikroamperomierza. Rezystywność objętościowa próbki dielektrycznej jest następnie obliczana przy użyciu następującego wzoru:

Rezystancja objętościowa jest mierzona w omach.

Ponieważ powierzchnia elektrod jest znana, jest równa S, znana jest również grubość dielektryka, jest równa h, a rezystancja objętościowa Rv została właśnie zmierzona, można teraz znaleźć rezystywność objętościową dielektryk (mierzony w omach * m), korzystając z następującego wzoru:

Aby znaleźć rezystywność powierzchniową dielektryka, najpierw znajdź rezystywność powierzchniową określonej próbki. W tym celu dwie metalowe elektrody o długości l są przyklejone do próbki w odległości d między nimi.

Następnie do połączonych elektrod przykłada się stałe napięcie U ze źródła napięcia stałego, które utrzymuje się przez 3 minuty, aby prawdopodobnie zakończyły się procesy polaryzacji w próbce, a następnie mierzy się napięcie woltomierzem, a prąd amperomierzem .

Ostatecznie rezystancję powierzchniową w omach oblicza się za pomocą wzoru:

Teraz, aby znaleźć właściwą rezystancję powierzchniową dielektryka, należy wyjść z faktu, że jest ona liczbowo równa rezystancji powierzchniowej kwadratowej powierzchni danego materiału, jeśli prąd płynie między elektrodami zamontowanymi po bokach dielektryka ten kwadrat. Wówczas opór właściwy powierzchni będzie równy:

Rezystancja powierzchniowa jest mierzona w omach.

Specyficzna rezystancja powierzchniowa dielektryka jest cechą charakterystyczną materiału dielektrycznego i zależy od składu chemicznego dielektryka, jego aktualnej temperatury, wilgotności i napięcia przyłożonego do jego powierzchni.

Ogromną rolę odgrywa suchość powierzchni dielektryka. Najcieńsza warstwa wody na powierzchni próbki wystarcza do wykazania znacznej przewodności, która będzie zależała od grubości tej warstwy.

Przewodność powierzchniowa wynika głównie z obecności zanieczyszczeń, defektów i wilgoci na powierzchni dielektryka. Porowate i polarne dielektryki są bardziej podatne na wilgoć niż inne. Właściwa rezystancja powierzchniowa takich materiałów jest związana z wartością twardości i kątem zwilżania dielektryka.

Poniżej znajduje się tabela, z której wynika, że ​​twardsze dielektryki o mniejszym kącie zwilżania mają mniejszą rezystywność powierzchniową w stanie mokrym. Z tego punktu widzenia dielektryki dzielą się na hydrofobowe i hydrofilowe.

Dielektryki niepolarne są hydrofobowe i nie nasiąkają wodą, gdy powierzchnia jest czysta. Z tego powodu, nawet jeśli taki dielektryk zostanie umieszczony w wilgotnym środowisku, jego rezystancja powierzchniowa praktycznie się nie zmieni.

Dielektryki polarne i większość dielektryków jonowych są hydrofilowe i mają zwilżalność. Jeśli hydrofilowy dielektryk zostanie umieszczony w wilgotnym środowisku, jego rezystancja powierzchniowa spadnie. Różne zanieczyszczenia łatwo przylegają do mokrej powierzchni, co może również przyczynić się do zmniejszenia odporności powierzchni.

Istnieją również pośrednie dielektryki, w tym materiały słabo polarne, takie jak lavsan.

Jeśli mokra izolacja jest podgrzewana, jej rezystancja powierzchniowa może zacząć rosnąć wraz ze wzrostem temperatury. Gdy izolacja jest sucha, rezystancja może się zmniejszyć. Niskie temperatury przyczyniają się do wzrostu rezystancji powierzchniowej dielektryka w stanie suchym o 6-7 rzędów wielkości w porównaniu z tym samym materiałem, tylko mokrym.

Aby zwiększyć rezystancję powierzchniową dielektryka, stosują różne metody technologiczne. Na przykład próbkę można przemyć w rozpuszczalniku lub we wrzącej wodzie destylowanej, w zależności od rodzaju dielektryka lub podgrzać do odpowiednio wysokiej temperatury, pokryć lakierem odpornym na wilgoć, glazurą, umieścić w osłonie ochronnej, etui, itp. .