Основные теоретические положения. Процессы поляризации в диэлектриках происходят во времени до момента ее установления, что приводит к появлению поляризационных токов

Процессы поляризации в диэлектриках происходят во времени до момента ее установления, что приводит к появлению поляризационных токов. Поляризационные токи, обусловленные установлением упругой электронной и ионной поляризации настолько кратковременны, что их обычно не удается зафиксировать прибором. Поляризационные токи, обусловленные замедленными механизмами поляризации (релаксационной поляризацией), наблюдаемые у многих технических диэлектриков, называют токами абсорбции I_АБ.

Наличие в технических диэлектриках собственных носителей заряда, а также возможная инжекция из электродов избыточных носителей приводят к возникновению небольших токов сквозной электропроводности (или сквозных токов) I_СКВ.

Полный ток, протекающий через диэлектрик и представляющий собой сумму абсорбционного и сквозного токов, называется током утечки:

I_УТ = I_СКВ + I_{АБ .}

Нарис. 3 показана зависимость от времени плотности тока конденсатора с диэлектриком, в котором имеются релаксационные механизмы поляризации. Видно, что после завершения процессов поляризации, через диэлектрик протекает только ток I_СКВ.

У твердых диэлектриков различают объемную и поверхностную электропроводности. Для сравнительной оценки этих величин используют удельное объемное r_V и удельное поверхностное сопротивления r_S.

В случае плоского образца материала в однородном поле, удельное объемное сопротивление рассчитывают по формуле:

, (3)

где S - площадь электрода, м²;

R_V - измеренное объемное сопротивление, Ом;

h - толщина образца (эквивалент расстоянию между электродами).

Рис. 3. Зависимость плотности тока от времени в конденсаторе с диэлектриком, с различными механизмами электропроводности (электрическое поле прикладывается мгновенно и постоянно во времени)

Удельное поверхностное сопротивление рассчитывают по формуле:

(4)

где R_S - измеренное поверхностное сопротивление, Ом;

d - ширина электродов;

l - расстояние между электродами.

По удельному сопротивлению можно определить удельную объемную проводимость g_V = 1/r_V и соответственно удельную поверхностную проводимость g_S = 1 /r_S.

У твердых пористых диэлектриков при наличии в них влаги даже в ничтожных количествах значительно увеличивается удельная проводимость. Высушивание материалов повышает их электрическое сопротивление. Наиболее заметно снижение удельного объемного сопротивления под влиянием влажности у пористых материалов, которые содержат растворимые в воде примеси, создающие электролиты с высокой проводимостью. Для уменьшения влагопоглощения пористые изоляционные материалы подвергают пропитке.

Поверхностная электропроводность обусловлена наличием влаги, загрязнениями и различными дефектами поверхности диэлектрика. Достаточно тончайшего слоя влаги на поверхности диэлектрика, чтобы обнаружить заметную проводимость, которая определяется, в основном, толщиной этого слоя.

Количество влаги, находящейся на поверхности, зависит от относительной влажности окружающей среды, поэтому влажность является решающим фактором, определяющим значение удельной поверхностной проводимости g_S.

Кроме того, удельная поверхностная проводимость тем ниже, чем ниже полярность вещества и чем чище поверхность диэлектрика. При этом наличие загрязнений мало сказывается на удельной поверхностной проводимости гидрофобных диэлектриков (неполярные диэлектрики, поверхность которых не смачивается водой) и сильно влияет на g_S гидрофильных диэлектриков (полярные и ионные диэлектрики со смачиваемой поверхностью). Для уменьшения поверхностной проводимости проводят очистку поверхности спиртом, ацетоном и т.п.