Токи в диэлектрике

Токи в диэлектрике

Полный ток J, протекающий через конденсатор, между обкладками которого находится диэлектрик, определяется как:

J =J_c+ J_абс+ J_ск, (1.9)

где J_c – емкостной ток, обусловлен смещением сильно связанных зарядов в процессе электронной и ионной поляризаций;

— J_абс – ток абсорбции, обусловлен смещением слабо связанных зарядов в процессах релаксационных видов поляризации;

— J_ск – ток сквозной проводимости, обусловлен движением свободных зарядов в диэлектрике под действием электрического поля.

Диэлектрические потери

Диэлектрические потери – часть энергии приложенного электрического поля, которая поглощается в диэлектрике. Эта энергия превращается в тепло и нагревает диэлектрик.

Релаксационные виды поляризации сопровождаются нагревом диэлектрика, то есть сопровождаются потерями энергии электрического поля. Упругие виды поляризации не вызывают потерь энергии электрического поля в диэлектрике.

В диэлектриках возникают следующие виды диэлектрических потерь.

Потери на электропроводность – обусловлены током сквозной проводимости, имеют место во всех реальных диэлектриках, в постоянном и переменном электрических полях.

Релаксационные потери – обусловлены релаксационными видами поляризации. Возникают в полярных диэлектриках молекулярного строения, в полярных и неполярных полимерах, в аморфных и кристаллических с неплотной упаковкой ионов ионных диэлектриках. Имеют место в переменных электрических полях.

Ионизационные потери – обусловлены потерями энергии электрического поля на ионизацию газообразных диэлектриков и газовых включений в жидких и твердых диэлектриках.

Потери на неоднородность структуры – обусловлены миграционной поляризацией.

Резонансные потери — обусловлены резонансной поляризацией.

Тангенс угла диэлектрических потерь

Диэлектрические потери анализируют с помощью эквивалентных схем диэлектрика и векторных диаграмм. Эквивалентаях схема диэлектрика представляет собой последовательно или параллельно соединенные активное сопротивление R и реактивное сопротивление X_с в виде электрической емкости,

На рис.1.1а представлена векторная диаграмма токов в диэлектрике для параллельной эквивалентной схемы замещения (рис.1.1б).

Угол диэлектрических потерь δ – угол, дополняющий до 90 ° угол сдвига фаз φ между током и напряжением в емкостной цепи:

Уровень диэлектрических потерь в диэлектрике оценивают с помощью тангенса угла диэлектрических потерь tg δ. Чем меньше tg δ тем меньше диэлектрические потери и выше качество диэлектрика.

Из векторной диаграммы (рис. 1а) следует:

, (1.11)

где , J_а – активный ток, J_р – реактивный ток, J_аа – активный ток абсорбции, J_ар – реактивный ток абсорбции, J_с – емкостной ток, J_ск – ток сквозной проводимости.

Зависимости e и tgδ от температуры и природы диэлектрика

Твердые диэлектрики молекулярного строения неполярные

Эти диэлектрики (парафин и др.) обладают только электронной поляризацией e невелика (e = 2,0 ÷ 2,5).

При повышении температуры относительная диэлектрическая проницаемость диэлектриков уменьшается (рис. 1.2а), причем, при температурах плавления Т_пл и кипения Т_кип – скачкообразно. Уменьшение e при увеличении температуры объясняется изменением числа поляризуемых молекул (n) в единице объема вещества вследствие его температурного расширения.

Рис. 1.1. Векторная диаграмма токов (а) и параллельная эквивалентная схема замещения (б) диэлектрика:

J – полный ток, J_а – активный ток, J_р – реактивный ток, J_абс – ток абсорбции, J_аа – активный ток абсорбции, J_ар– реактивный ток абсорбции, J_с– емкостной ток, J_ск – ток сквозной проводимости, R — активое сопротивление, X_с— реактивное сопротивление, U – напряжение, φ – угол сдвига фаз, δ – угол диэлектрических потерь

Диэлектрические потери небольшие (tgδ ≈ 10 -4 ) и обусловлены только током сквозной проводимости. При нагревании tgδ незначительно нелинейно увеличивается в связи с увеличением концентрации свободных зарядов (рис. 1.2б).

Твердые диэлектрики молекулярного строения полярные

Диэлектрики этой группы (канифоль и др.) наряду с электронной поляризацией обладают и дипольно-релаксационной. Поэтому диэлектрическая проницаемость у этих диэлектриков имеет более высокие значения, чем у неполярных диэлектриков (e = 3 ÷ 20 и более).

Рис. 1.2. Влияние температуры на относительную диэлектрическую проницаемость (а) и tgδ (б) неполярных диэлектриков молекулярного строения: 1 – потери на электропроводность

Зависимость e(Т) для этой группы диэлектриков приведена на рис.3а. С повышением температуры в результате ослабления межмолекулярных связей увеличивается ориентация диполей в направлении электрического поля, поэтому ε возрастает (рис. 1.3а, участок ab). Однако с повышением температуры возрастает и энергия теплового хаотического движения диполей и выше температуры Т_m дезориентирующее действие теплового движения начинает преобладать над ориентирующим действием электрического поля. Поэтому при дальнейшем нагревании (при Т > Т_m) ε уменьшается (участок bc).

Диэлектрические потери обусловлены током сквозной проводимости и дипольно-релаксационной поляризацией.

Зависимость изменения tgd от температуры приведена на рис. 1.3б. При увеличении температуры до Т΄_m дипольно-релаксационные потери возрастают в результате ослабления межмолекулярных связей и увеличения ориентация диполей в направлении электрического поля. При этом увеличивается энергия электрического поля, потребляемая на ориентацию диполей, которая расходуется на трение и переходит в тепло (рис. 1.3б, кривая аb). При дальнейшем нагревании в результате роста энергии теплового хаотического движения полярных молекул дипольно-релаксационная поляризация уменьшается; уменьшаются и релаксационные потери (рис. 1.3б, кривая bс).

Дальнейшее увеличение tgd при повышении температуры (рис. 1.3б, участок cd) происходит за счет роста электропроводности диэлектрика.

Рис.1.3. Влияние температуры на относительную диэлектрическую проницаемость и tgδ полярных диэлектриков молекулярного строения: 1 – электронная поляризация, 2 – n(T), 3 – дипольно-релаксационная поляризация, 4 – потери на электропроводность, 5 – дипольно-релаксационные потери

Твердые диэлектрики ионного строения с плотной упаковкой решетки ионами

Для таких диэлектриков (корундовая керамика Al₂О₃, слюда, кварц SiО₂ и др.) характерны электронная и ионная поляризации. Значение ε изменяется в пределах 3 ÷ 10. При нагревании ε возрастает линейно (ТК _ε > 0) (рис. 1.4а). Это связано с ослаблением межионных сил и увеличением смещения ионов относительно друг друга под действием электрического поля.

Диэлектрические потери обусловлены только током сквозной проводимости и имеют небольшие значения (tgδ ≈ 10 -4 ). При повышении температуры потери незначительно возрастают, так как возрастает ток сквозной проводимости ввиду увеличения степени диссоциации примесей и ионизации материала диэлектрика (рис. 1.5, кривая II).

Рис.1.4. Влияние температуры на относительную диэлектрическую проницаемость диэлектриков c плотной (а) и с неплотной (б) упаковкой решетки ионами; составляющие поляризации: 1 – электронная,

2 – ионная, 3 –n(T),4 – ионно-релаксационная поляризация

Твердые диэлектрики ионного строения аморфные и с неплотной упаковкой решетки ионами

Диэлектрическая проницаемость таких диэлектриков (неорганические стекла, электротехнический фарфор, асбест и др.) увеличивается нелинейно при увеличении температуры за счет увеличения интенсивности ионной и, главным образом, ионно-релаксационной поляризаций (рис. 1.4б). Значение ε изменяется в пределах 4 ÷ 20. По сравнению с диэлектриками с плотной упаковкой решетки ТК _ε для этих диэлектриков имеет более высокие значения.

Диэлектрические потери в этом случае обусловлены током сквозной проводимости и ионно-релаксационной поляризацией (см. рис. 1.5, кривая I). Потери в этих диэлектриках выше, чем в диэлектриках кристаллических с плотной упаковкой решетки ионами (tgδ ≈ 10 -2 ) и сильно зависят от температуры: при нагревании tgδ существенно возрастает.

Рис. 1.5. Зависимости tgδ от температуры диэлектриков ионного строения аморфных или кристаллических с неплотной (I) и с плотной (II) упаковкой решетки: 1 – потери, обусловленные током проводимости; 2 — потери, обусловленные ионно-релаксационной поляризацией

Неполярные полимеры

Для полимерных неполярных диэлектриков (полиэтилен, полистирол, полипропилен и др.) при Т < Т_с характерна только электронная поляризация (здесь ε = 2÷2,5). С увеличением температуры при Т < Т_с ε слегка уменьшается, так как уменьшается n (рис. 1.6а).

Рис.1.6. Зависимость диэлектрической проницаемости ε неполярного (а)

и полярного (б) полимера от температуры; составляющие поляризации: 1 – электронная, 2 –n(T), 3 – дипольно-сегментальная поляризация,

4 – дипольно-групповая поляризация

При Т > Т_с имеет место дипольно-сегментальная и электронная поляризации. Здесь при нагревании полимера до T_m ε возрастает в результате ослабления межмолекулярных связей и увеличения степени ориентация сегментов макромолекул в направлении электрического поля. Однако с повышением температуры возрастает и энергия теплового хаотического движения сегментов и выше температуры t_m дезориентирующее действие теплового движения начинает преобладать над ориентирующим действием электрического поля. Поэтому при дальнейшем нагревании (при T > T_m) ε уменьшается.

Диэлектрические потери при Т < Т_с имеют небольшую величину (tgδ = 10 -4 ÷ 10 -3 ) и очень слабо зависят от температуры (рис. 1.7а). При нагревании (при Т < Т_с) tgδ незначительно возрастает, так как слегка возрастает ток сквозной проводимости (см. рис. 7а, кривая 1). Кривая зависимости tgδ(Т) при Т > Т_с возрастает и проходит через максимум, обусловленный дипольно-сегментальной поляризацией. С дальнейшим увеличением температуры tgδ растет вследствие увеличения тока сквозной проводимости.

Рис. 1.7. Зависимость tgd неполярного (а) и полярного полимеров от температуры: 1 – потери, обусловленные током проводимости, 2 — дипольно-сегментальной поляризацией, 3 — дипольно-групповой поляризацией

Полярные полимеры

Для полимерных полярных диэлектриков (полиэтилентерефталат, поливинилхлорид, фторопласт – 3, полиимиды и др.) при Т < Т_с характерны электронная и дипольно-групповая поляризации, а при Т > Т_с — электронная и дипольно-сегментальная (рис. 1.6б). Поэтому ε полярных полимеров больше (ε = 3 ÷ 6 и более), чем у неполярных. При нагревании ε походит через два максимума, один — при Т < Т_с , обусловленный дипольно-групповой поляризацией, и другой — при Т > Т_с , обусловленный дипольно-сегментальной поляризацией.

Полярные полимеры имеют большие значения tgδ, чем неполярные (tgδ = 10 -3 ÷ 10 -2 и выше). С увеличением температуры tgδ проходит два максимума, обусловленные соответственно дипольно-групповой (при Т < Т_с) и дипольно-сегментальной (при Т > Т_с) поляризациями и далее возрастает вследствие увеличения тока сквозной проводимости (рис. 1.7б).

Электрич ток в диэлектрике

Все известные в природе вещества, в соответствии с их способностью проводить электрический ток, делятся на три основных класса: диэлектрики, полупроводники и проводники. Если удельное сопротивление у проводников равно , то у диэлектриков , а полупроводники занимают промежуточную область

В идеальном диэлектрике свободных зарядов, то есть способных перемещаться на значительные расстояния (превосходящие расстояния между атомами), нет. Но это не значит, что диэлектрик, помещенный в электростатическое поле, не реагирует на него, что в нем ничего не происходит.

Любое вещество состоит из атомов, образованных положительными ядрами и отрицательными электронами. Поэтому в диэлектриках происходит поляризация.

Смещение электрических зарядов вещества под действием электрического поля называется поляризацией.Способность к поляризации является основным свойством диэлектриков.

Видов поляризации много.

Поляризуемость диэлектрика включает составляющие – электронную, ионную и ориентационную (дипольную). Рис. 4.1 иллюстрирует механизм этих видов поляризуемости.

Электронная поляризуемость обусловлена смещением электронной оболочки атома относительно ядра. Ионная поляризуемость вызвана смещением заряженных ионов по отношению к другим ионам. Ориентационная (дипольная) поляризуемость возникает, когда вещество состоит из молекул, обладающих постоянными электрическими дипольными моментами, которые могут более или менее свободно изменять свою ориентацию во внешнем электрическом поле.

Есть и другие виды поляризации. Главное в поляризации – смещение зарядов в электростатическом поле. В результате, каждая молекула или атом образует электрический момент p (рис. 4.2):

Ясно, что электрический момент p пропорционален напряженности Е – напряженности электростатического поля в месте нахождения молекулы, то есть внутри вещества.

К чему приводит поляризация? Рассмотрим рис. 4.3.

Внутри диэлектрика электрические заряды диполей компенсируют друг друга. Но на внешних поверхностях диэлектрика, прилегающих к электродам, появляются заряды противоположного знака (поверхностно связанные заряды).

Обозначим – электростатическое поле связанных зарядов. Оно направлено всегда против внешнего поля . Следовательно, результирующее электростатическое поле внутри диэлектрика

Итак, электростатическое поле внутри диэлектрика всегда меньше внешнего поля. Во сколько раз?

Рассмотрим некоторые количественные соотношения.

Поместим диэлектрик в виде параллелепипеда в электростатическое поле (рис. 4.4).

Электрический момент тела, можно найти по формуле:

где – поверхностная плотность связанных зарядов.

Введем новое понятие – вектор поляризации – электрический момент единичного объема.

где n – концентрация молекул в единице объема, – электрический момент одной молекулы.

С учетом этого обстоятельства,

(т.к. – объем параллелепипеда).

Приравняем (4.1.3.) и (4.1.5) и учтем, что – проекция на направление – вектора нормали, тогда

Поверхностная плотность поляризационных зарядов равна нормальной составляющей вектора поляризации в данной точке поверхности.

Отсюда следует, что индуцированное в диэлектрике электростатическое поле E’ будет влиять только на нормальную составляющую вектора напряженности электростатического поля .

Вектор поляризации можно представить так:

где α – поляризуемость молекул, – диэлектрическая восприимчивость – макроскопическая безразмерная величина, характеризующая поляризацию единицы объема.

Следовательно, и у результирующего поля изменяется, по сравнению с ,только нормальная составляющая. Тангенциальная составляющая поля остается без изменения.

В векторной форме результирующее поле можно представить так:

Результирующая электростатического поля в диэлектрике равно внешнему полю, деленному на диэлектрическую проницаемость среды ε:

Величина характеризует электрические свойства диэлектрика. Физический смысл диэлектрической проницаемости среды ε – величина, показывающая во сколько раз электростатическое поле внутри диэлектрика меньше, чем в вакууме:

С учетом этого обстоятельства, при наличии диэлектрической среды мы должны поправить все полученные нами в прошлых разделах формулы: например, теорема Гаусса:

или закон Кулона:

График зависимости напряженности поля шара от радиуса, с учетом диэлектрической проницаемости двух сред ( и ), показан на рисунке 4.5.

Электрические свойства кристаллов

К электрическим свойствам кристаллов относят электропроводность (способность кристалла проводить электрический ток). Электропроводность определена наполненностью энергетических зон электронами и шириной запрещенной зоны.

У проводников (металлов) — валентная зона заполнена частично, электроны занимают нижнюю часть зоны, верхние уровни не заполнены. Под действием внешнего электрического поля (возможно слабого) валентные электроны приобретают кинетическую энергию, которая позволяет им занимать более высокие энергетические уровни. Электроны участвуют в перенесении заряда, то есть ток течет. Проводимость проводников электронная (металлы, полупроводники), ионная (электролиты), смешанная. По отношению к электропроводности кристалл выступает как непрерывная однородная среда.

Кристаллы, которые являются диэлектриками, без специального воздействия являются изоляторами, то есть ток не проводят. Процессы поляризации в веществе, происходя при смещении любых зарядов, эти процессы конечны во времени. Они происходят до момента установления равновесного состояния и происходят с возникновение токов поляризации (или токов смещения) в диэлектриках. Токи смещения еще называют абсорбционными токами. При постоянном напряжении абсорбционные токи ($I_$) идут только в моменты включения (выключения) напряжения.

Присутствие в технических диэлектриках некоторого количества свободных зарядов и их инжекция из электронов ведут к появлению сквозных токов ($I_$). Полная плотность тока ($j_$), которая называется током утечки в таком случае равна:

где $j_$ — плотность тока абсорбции, $j_$ — плотность сквозного тока.

Плотность тока смещения ($j_$) включает мгновенное и замедленное смещение зарядов равна:

В большинстве случает электропроводность диэлектрика ионная, реже — электронная.

Сопротивление диэлектрика, заключенного между двумя электродами при постоянном напряжении (сопротивление изоляции $R_$) вычисляется по формуле:

где $U$ — приложенное напряжение, $I_$ — ток утечки, $sum>$=$I_$- ток абсорбции.

Основное свойство диэлектрика состоит в способности электризоваться во внешнем электрическом поле. Диэлектриками называют вещества, которые не способны проводить электрический ток. Изоляторов, которые абсолютно не проводят электрический ток, в природе не существует. Диэлектрики в $<10>^<15>—<10>^<20> $раз хуже проводят ток, чем проводники. Дело в том, что в диэлектриках отсутствуют свободные заряды.

Если диэлектрик внести в электрическое поле, то и поле и сам диэлектрик сильно изменяются. В изначально не заряженных диэлектриках в присутствии поля возникают электрические заряды. Происходит явление поляризации вещества, то есть на диэлектрике в поле возникают электрические полюсы. Заряды, которые появляются при этом, называют поляризационными зарядами. Отделить друг от друга поляризационные заряды не возможно. В этом состоит их существенное отличие от индукционных зарядов в проводниках. Такое отличие объясняется тем, что в металлах присутствуют электроны, которые могут перемещаться на значительные расстояния. В диэлектриках положительные и отрицательные заряды связаны между собой и могут смещаться только в пределах одной молекулы, то есть на очень небольшие расстояния.

Существуют полярные и неполярные диэлектрики.

Неполярные диэлектрики

Некоторые вещества построены из молекул, в состав которых входят незаряженные атомы, например, молекула кислорода. Если неполярная молекула попадает в электрическое поле, то заряды смещаются друг относительно друга в противоположные стороны. Молекула вызывает электрическое поле, которое совпадает (вне молекулы) с полем диполя. У такого диполя каждый из точечных зарядов равен заряду сферы, а плечо диполя равно расстоянию между центрами сфер.

Полярные диэлектрики

Существуют диэлектрики, в которых молекулы имеют дипольный момент в отсутствии электрического поля (полярные молекулы). Если поле отсутствует, то полярные молекулы участвуют в тепловом движении, ориентированы беспорядочно. При внесении диэлектрика в поле, молекулы ориентируются в основном в направлении поля. Следовательно, диэлектрик поляризуется. У несимметричных молекул ($<например, H>_2O, CO$) центры тяжести сдвинуты друг относительно друга, в результате чего молекулы имеют дипольный момент и называются полярными.

Кроме того, диэлектрики можно разделить на активные и пассивные.

К активным (управляемым) диэлектрикам относят такие вещества, свойства которых сильно зависят от внешних условий (температуры, давления, напряженности внешнего поля). К ним относят сегнетоэлектрики, пьезоэлектрики, пироэлектрики, эклектреты.

К пассивным диэлектрикам относят изоляторы, конструктивные диэлектрические вещества, материалы квантовой электроники и др.

Существуют кристаллы, у которых решетка положительных ионов в состоянии термодинамического равновесия смещена относительно решетки из отрицательных ионов. Так кристаллы являются поляризованными без внешнего электрического поля. Подобная поляризация называется спонтанной, а сами кристаллы носят название прироэлектриков.

Существует целый ряд кристаллов, у которых на поверхности при деформации возникают электрические заряды. Подобные кристаллы называют пьезоэлектриками.

Сегнетоэлектриками называют полярные диэлектрики, которые в определённом интервале температур поляризуются при отсутствии внешнего электрического поля (спонтанно поляризованы). Но на границах данного температурного интервала они испытывают фазовые превращения, в которых переходят в новые кристаллические модификации, в которых спонтанная поляризация отсутствует. От обычных пироэлектриков сегнетоэлектрики отличаются еще тем, что направление спонтанной поляризации в сегнетоэлектрике может быть изменено на противоположное даже слабым электрическим полем, тогда как в пироэлектриках это возможно только в сильных полях. Сегнетоэлектрики обладают рядом важных и интересных физических свойств, отличающих их от других диэлектриков (об этом информация приведена в специальных разделах, посвященных сегнетоэлектрикам).

Поляризуются молекулы и кристаллы. Могут иметь место как минимум три механизма поляризации:

• Электронная поляризация атомов и ионов, которые составляют молекулу или кристалл. При этом внешнее поле вызывает смещение электронного облака относительно ядра.
• Ионная поляризуемость, которая связана со смещением противоположно заряженных ионов в электрическом поле.
• Ориентационная поляризуемость, связанная с поворотом молекул в электрическом поле.

В некоторых диэлектриках может иметь место четвертый тип поляризации — миграционная. Это когда объемные заряды возникают за счет перемещения свободных носителей заряда внутри диэлектрика.

Отправной точкой в описании свойств диэлектрика служат уравнения Максвелла в которых связь между электрической индукцией и напряженностью имеет вид:

Специфику электрических свойств диэлектриков выявляют, записывая выражение (4) в виде:

где $overrightarrow

$ — вектор поляризации.

Задание: Поляризованность бесконечной пластины из диэлектрика имеет вид: $overrightarrow

=overrightarrow(1-frac)$, где $overrightarrow $- вектор, который перпендикулярен к пластине. Расстояние от середины пластины — $x$. $d$- половина толщины пластины. Найдите разность потенциалов между поверхностями пластины. Считать, что пластина не заряжена. Диэлектрик изотропный.

Так как диэлектрик изотропный, то связь между напряженностью и вектором поляризации диэлектрика можно записать как:

Или используя уравнение, которое описывает поляризацию из условий задачи из (1.1), получим:

Что такое диэлектрики и где они используются

Диэлектрики — это вещества, которые не проводят электрический ток, до определенной поры. При определенных условиях проводимость в них зарождается. Этими условиями выступают механические, тепловые — в общем, энергетические виды воздействий. Кроме диэлектриков, вещества также классифицируются на проводники и полупроводники.

Чем отличаются диэлектрики от проводников и полупроводников

Теоретическую разницу между этими тремя видами материалов можно представить, и я это сделаю, на рисунке ниже:

Рисунок красивый, знакомый со школьной скамьи, но что-то практическое из него не особо вытянешь. Однако, в этом графическом шедевре четко определена разница между проводником, полупроводником и диэлектриком.

И отличие это в величине энергетического барьера между валентной зоной и зоной проводимости.

В проводниках электроны находятся в валентной зоне, но не все, так как валентная зона — это самая внешняя граница. Точно, это как с мигрантами. Зона проводимости пуста, но рада гостям, так как у неё полно для них свободных рабочих мест в виде свободных энергетических зон. При воздействии внешнего электрического поля, крайние электроны приобретают энергию и перемещаются в свободные уровни зоны проводимости. Это движение мы еще называем электрическим током.

В диэлектриках и проводниках всё аналогично, за исключением того, что имеется “забор” — запрещенная зона. Эта зона расположена между валентной и зоной проводимости. Чем больше эта зона, тем больше энергии требуется для преодоления электронами этого расстояния. У диэлектриков величина зоны больше, чем у полупроводников. Этому есть даже условие: если дЭ>3Эв (электронвольт) — то это диэлектрик, в обратном случае дЭ

Главными электрическими свойствами диэлектриков являются поляризация (смещение зарядов) и электропроводность (способность проводить электрический ток) Смещение связанных зарядов диэлектрика или их ориентация в электрическом поле называется поляризацией. Это свойство диэлектрических материалов характеризуется относительной диэлектрической проницаемостью ε. При поляризации на поверхности диэлектрика образуются связанные электрические заряды.

В зависимости от типа диэлектрика поляризация может быть: электронной, ионной, дипольно-релаксационной, спонтанной. Более подробно про их свойства на инфографике ниже.

Под электропроводностью понимают способность диэлектрика проводить электрический ток. Ток, протекающий в диэлектрике называется током утечки. Ток утечки состоит из двух составляющих — тока абсорбционного и тока сквозного. Сквозные токи обусловлены наличием свободных зарядов в диэлектрике, абсорбционный ток — поляризационными процессами до момента установления равновесия в системе.

Величина электропроводности зависит от температуры, влажности и количества свободных носителей заряда.

При увеличении температуры электропроводность диэлектриков увеличивается, а сопротивление падает.

Зависимость от влажности вновь возвращает нас к классификации диэлектриков. Ведь, неполярные диэлектрики не смачиваются водой и на изменение влажности им нет дела. А у полярных диэлектриков при увеличении влажности повышается содержание ионов, и электропроводность увеличивается.

Проводимость диэлектрика состоит из поверхностной и объемной проводимостей. Известно понятие удельной объемной проводимости, обозначается буквой сигма σ. А обратная величина называется удельное объемной сопротивление и обозначается буквой ро ρ.

Резкое увеличение проводимости в диэлектрике при возрастании напряжения может привести к электрическому пробою. И аналогично, если сопротивление изоляции падает, значит изоляция не справляется со своей задачей и необходимо применять меры. Сопротивление изоляции состоит из поверхностного и объемного сопротивлений.

Под диэлектрическими потерями в диэлектриках понимают потери тока внутри диэлектрика, которые рассеиваются в виде тепла. Для определения этой величины вводят параметр тангенс дельта tgδ. δ — угол, дополняющий до 90 градусов, угол между током и напряжением в цепи с емкостью.

Диэлектрические потери бывают: резонансные, ионизационные, на электропроводность, релаксационные. Теперь подробнее поговорим про каждый тип.

Электрическая прочность это отношение пробивного напряжения к расстоянию между электродами (или толщина диэлектрика). Эта величина определяется минимальной величиной напряженности электрического поля, при которой произойдет пробой.

Пробой может быть электрическим (ударная ионизация, фотоионизация), тепловым (большие диэлектрические потери, следовательно много тепла, и обугливание с оплавлением может произойти) и электрохимическим (в результате образования подвижных ионов).

И в конце таблица диэлектриков, как же без нее.

В таблице выше приведены данные по электрической прочности, удельному объемному сопротивлению и относительной диэлектрической проницаемостью для различных веществ. Также тангенс угла диэлектрических потерь не обошли стороной.