Электропроводность объемная и поверхностная

Электропроводность диэлектриков имеет две характерные особенности.

1. При приложении к образцу твердого или жидкого диэлектрика постоянного напряжение через него протекает ток сквозной проводимости (ток утечки) I, который складывается из 2 составляющих: тока объемной проводимости I_U и тока поверхностной проводимости I_S.

Для сравнительной оценки величин токов объемной и поверхностной проводимостей пользуются значениями удельного объемного сопротивления и удельного поверхностного сопротивления или удельной объемной проводимости и удельной поверхностной проводимости .

Для плоского образца, находящегося в однородном электрическом поле при постоянном напряжении U, удельное объемное и удельное поверхностное сопротивления определяются соответственно по формулам:

где R – объемное сопротивление образца, Ом ;

- поверхностное сопротивление образца, Ом ;

– площадь измерительного электрода, м²;

толщина образца, м.

Удельная объемная , См/м (Ом^-1м) и удельная поверхностная .См (Ом^-1), проводимости являются величинами, обратными соответствующим удельным сопротивлениям:

, .

2. Второй характерной особенностью электропроводности диэлектриков – спадание тока со временем после приложения постоянного напряжения.

При включении постоянного напряжения ток в диэлектрике вначале резко возрастает, а затем постепенно снижается, асимптотически приближаясь к некоторой установившейся величине (рис. 3.3). Резкое возрастание тока вначале и последующее его снижение вызваны током смещения в диэлектрике. Плотность тока смещения определяется скоростью изменения вектора электрического смещения D (или вектора напряженности E, поскольку ):

Ток смещения вызванкак

1. мгновенными (деформационными) видами поляризации,

Из-за кратковременности установления ионной и электронной поляризаций не удается зафиксировать с помощью измерительного прибора. Ток смещения, обусловленный деформационными видами поляризации, имеет важное значение в работе p-n-перехода полупроводниковых приборов и

2. так и замедленными(релаксационными);

В данном случае ток смещения наблюдается в технических диэлектриках от нескольких минут до нескольких десятков минутпосле приложения напряжения и называется током абсорбции .

Ток абсорбции .вызван релаксационными видами поляризации перераспределением свободных зарядов в объеме диэлектрика. Последнее приводит к накоплению носителей заряда в местах наибольшей концентрации ловушек (уровней захвата) – дефектов решетки, неоднородностей, границ раздела и т.п., и вносит свой вклад в поляризацию диэлектрика.

3. а также перераспределением свободных зарядов – их дрейфом, но без разряжения на электродах.

Ток абсорбции при постоянном напряжении наблюдается только в момент включения и выключения, при переменном напряжении – в каждый полупериод изменения электрического поля, т.е. практически в течение всего времени приложения переменного напряжения.

Составляющая тока, которая не изменяется со временем приложения постоянного напряжения, представляет собой стационарный поток электрически заряженных частиц, разрежающихся на электродах, и называется током сквозной проводимости (сквозным током, током утечки или остаточным током).

Ток сквозной проводимостиобусловлен направленным движением свободных зарядов с обязательным их разряжением на электродах. Он измеряет только тогда, когда после приложения к образцу постоянного напряжения ток абсорбции спадет практически до нуля. Это время, как отмечалось выше, составляет от нескольких десятков минут и определяется экспериментально.

При длительной работе под напряжением ток через твердые и жидкие диэлектрики с течением времени может увеличиваться или уменьшаться. Уменьшение тока со временем говорит о том, что электропроводность материала была обусловлена ионами посторонних примесей и уменьшалась за счет электрической очистке образца. Увеличение тока со временем говорит об участии в нем зарядов, являющимися структурными элементами самого материала, и о протекающем в нем под напряжением необратимом процессе старения, способном со временем постепенно привести к разрушению – пробою образца.