Conductivitatea electrică a materialelor izolatoare este determinată de starea substanței: gazoasă, lichidă sau solidă și, de asemenea, depinde de umiditate și temperatura ambiantă. Un efect asupra conductivității dielectricilor este de asemenea exercitat de intensitatea câmpului din proba la care se face schimbarea. Cu funcționarea prelungită sub tensiune, curentul prin dielectrici solizi și lichizi poate scădea sau crește în timp. O scădere a curentului cu timpul sugerează că conductivitatea electrică se datorează ionilor de impurități străine și a scăzut datorită curățării electrice a probei.
Cresterea curentului cu timpul indica participarea la ea a incarcarilor, care sunt elementele structurale ale materialului propriu-zis, si procesul de imbatranire ireversibila care are loc in el, capabil sa conduca treptat la distrugerea dielectricului.
Gazele la valori scăzute ale intensității câmpului electric au o conductivitate redusă. Gazele curente pot apărea numai dacă există ioni sau electroni liberi în ele. Ionizarea moleculelor de gaze neutre apare fie sub influența factorilor externi, fie ca urmare a coliziunilor particulelor încărcate cu molecule. Factorii externi care provoacă ionizarea gazului sunt raze X, raze ultraviolete, raze cosmice, radiații radioactive și efecte termice (încălzire puternică a gazului).
Conductivitatea electrică a unui gaz, datorată acțiunii ionizatorilor externi, se numește non-auto-susținută.
Pe de altă parte, în special în gazele evacuate, este posibilă crearea unei conductivități electrice datorită ionilor formați ca urmare a coliziunii particulelor încărcate cu molecule de gaze. Iodizarea cu șoc are loc într-un gaz în acele cazuri în care energia cinetică a particulelor încărcate, dobândită sub acțiunea unui câmp electric, atinge valori suficient de mari.
Conductivitatea electrică a unui gaz, datorată ionizării prin șoc, se numește independentă.
În câmpurile slabe, ionizarea șocurilor este absentă și nu există o conductivitate electrică independentă. Când gazul este ionizat din cauza factorilor externi, moleculele se împart în ioni pozitivi și negativi. În același timp, o parte a ionilor pozitivi, care leagă părțile negative, formează molecule neutre - acest proces este recombinarea.
Prezența recombinării previne creșterea nelimitată a numărului de ioni în gaz și explică stabilirea unei anumite concentrații de ioni la scurt timp după declanșarea acțiunii ionizatorului extern.
Conductivitatea electrică a dielectricilor lichizi este strâns legată de structura moleculelor lichide. În lichide nepolare, conductivitatea electrică depinde de prezența impurităților disociate, inclusiv de umiditate; în lichide polarice, conductivitatea electrică este determinată nu numai de impurități, ci uneori de disocierea moleculelor lichidului însuși. Curentul din lichid se poate datora atât mișcării ionilor, cât și mișcării particulelor coloidale încărcate relativ mari. Purificarea dielectricilor lichizi din impuritățile conținute în ele crește semnificativ rezistența lor specifică. Cu transmiterea prelungită a unui curent electric printr-un dielectric lichid neutru, se poate observa și o creștere a rezistenței datorată transferului de ioni liberi la electrozi (curățare electrică). Conductibilitatea specifică a oricărui lichid depinde puternic de temperatură. Cu o temperatură în creștere, mobilitatea ionilor crește datorită scăderii vâscozității, iar gradul de disociere termică poate crește. Ambii acești factori măresc conductivitatea. Conductivitatea crește odată cu scăderea vâscozității. La intensități puternice ale câmpului electric, de ordinul a 10-100 MV / m. după cum arată experiența, curentul din lichid nu respectă legea lui Ohm, care se explică prin creșterea numărului de ioni care se mișcă sub influența câmpului.
Conductivitatea electrică a solidelor
Conductivitatea electrică a solidelor este cauzată de mișcarea atât a ionilor dielectricului însuși cât și a ionilor impurităților aleatorii, iar în unele materiale poate fi cauzată de prezența electronilor liberi. Conductivitatea electronică este cea mai vizibilă în câmpurile electrice puternice. Tipul conductivității electrice este stabilit experimental folosind legea Faraday.
În timpul trecerii unui curent electric printr-un dielectric solid, ionii de impurități conținute în el pot fi parțial îndepărtați, care apar la electrozi, ca în cazul lichidelor.
În dielectricii solizi ai structurii ionice a materiei, conductivitatea electrică se datorează în principal mișcării ionilor eliberați sub influența fluctuațiilor mișcării termice. La temperaturi scăzute, ionii slab fixați se mișcă, în special ionii de impurități. La temperaturi ridicate, unii ioni sunt de asemenea eliberați din nodurile rețelei cristaline. În dielectrice cu o latură atomică sau moleculară, conductivitatea electrică este asociată doar cu prezența impurităților, conductivitatea lor specifică este foarte mică. În fiecare caz în parte, problema mecanismului de conductivitate electrică este rezolvată pe baza datelor despre energia de activare a purtătorului de sarcină.
În corpurile unei structuri cristaline cu o latură ionică, conductivitatea electrică este legată de valența ionilor. Cristalele cu ioni monovalenți au o conductivitate mai mare decât cristalele cu ioni multivalenți. În cristale, conductivitatea nu este aceeași pentru diferitele axe de cristal. Astfel, conductivitatea cuarțului într-o direcție paralelă cu axa principală este de aproximativ 1000 de ori mai mare decât în direcția perpendiculară pe această axă. Conductibilitatea specifică a corpurilor de amfore este aceeași în toate direcțiile și este determinată de compoziția materialelor și de prezența impurităților. În polimerii organici cu înaltă moleculară organică și organoelementară depinde și de gradul de polimerizare, de gradul de vulcanizare (pentru ebonit). Dielectricii amorfe nonpolare organice, cum ar fi polistirenul, au o conductivitate foarte scăzută.
Conductivitatea electrică de suprafață se datorează prezenței umidității și a altor impurități pe suprafața dielectricului. Apa înmoaie, așa cum sa indicat mai sus, conductivitatea semnificativă. Un strat subțire de umiditate este suficient pe suprafața dielectricului, astfel încât se observă o conductivitate vizibilă, determinată în principal de grosimea acestui strat. Cu toate acestea, deoarece rezistența filmului de umiditate adsorbit este legată de natura materialului pe a cărui suprafață este localizată, conductivitatea de suprafață este de obicei considerată ca proprietate a dielectricului însuși.
Adsorbția umidității pe suprafața dielectricului este strâns legată de umiditatea relativă a mediului înconjurător. Prin urmare, umiditatea relativă este cel mai important factor care determină valoarea conductivității specifice a suprafeței dielectrice.
Conductivitatea specifică a suprafeței este mai mică cu cât polaritatea substanței este mai mică, cu atât este mai mică suprafața dielectrică și cu atât mai bine este lustruită. Valorile cele mai ridicate ale rezistenței specifice la suprafață sunt dielectrice nepolare a căror suprafață nu este udată de apă.
Defalcarea unui dielectric se numește un fenomen în care un dielectric își pierde proprietățile electrice de izolare.
În timpul creșterii tensiunii aplicate izolației, câmpul electric în dielectric este mai mare decât o anumită valoare critică, o prin care curge curent prin izolator se ridică brusc în sus. iar rezistența dielectricului scade la o valoare care are loc un scurtcircuit al electrozilor.
Valoarea tensiunii la timpul de defect Unp se numește tensiunea de defalcare, intensitatea câmpului electric Epr este puterea electrică.
În funcție de proprietățile izolației și de puterea sursei de energie electrică, prin intermediul căreia se aplică o tensiune pentru eșantion, după defalcarea izolației se pot observa următoarele modificări. În locul defectării, apare o scânteie și la o putere mare a sursei - chiar și un arc electric, sub acțiunea căruia apar fuziunea, arderea, crăparea și schimbările similare în dielectric și electrozi. Într-un dielectric solid perforat în locul defectării, este posibil să se detecteze o gaură spartă, topită, arsă - marcajul de defectare. Dacă tensiunea este aplicată în mod repetat unei astfel de probe de izolație solidă, defalcarea apare, de regulă, la U. mult mai mică decât Unp, prima defalcare. În defalcarea dielectricelor gazoase și lichide după îndepărtarea U, decupajul perforat restabilește valorile inițiale ale Unp. deoarece atomii și moleculele de gaz și lichid difuzează instantaneu în volumul ocupat de particulele distruse în timpul procesului de descompunere.
Valoarea determinată experimental a Epr depinde de grosimea probei dielectrice, forma și suprafața electrozilor, rata de urcare și timpul de acțiune al tensiunii aplicate. Valoarea Epr la un curent constant poate fi foarte diferită de cea a unui curent alternativ sau a unui dielectric sub acțiunea tensiunilor de impuls. Pe epr. afecta și alți factori. Prin urmare, determinarea rezistenței electrice se realizează prin metode standard. Numai în acest caz este posibilă compararea dielectricilor între ele și controlul calității lor.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: