Кафедра физики и технологии электротехнических материалов и компонентов (фтэмк)

Вид материала

Документы

Содержание Электропроводность жидких диэлектриков Степень диссоциации Собственная ионная электропроводность Молионная электропроводность Удельное сопротивление жидкостей Удельные проводимости Электропроводность твердых диэлектриков При тепловом возбуждении

Подобный материал:

• Аннотация научно-образовательного материала, 44.22kb.
• Совершенствование электрогидравлического регулятора мощности дуговой печи постоянного, 176.56kb.
• Моделирование старения кабелей и проводов в условиях тропического климата, 215.85kb.
• Рабочая учебная программа дисциплины технология конструкционных материалов деталей, 175.41kb.
• Кафедра «Физическое материаловедение и технология новых материалов» (фмтм), 59.94kb.
• Н. Ю. Использование компонентов медиаобразования при изучении квантовой физики. Автореф, 310.43kb.
• Составила Л. Шевченко лекция, 66.47kb.
• Информационное сообщение – 1 международная научно-техническая конференция, 194.89kb.
• Описание проекта/технологии, 171.34kb.
• Предисловие Курс «Электротехническое материаловедение», 948.12kb.

Электропроводность жидких диэлектриков

Основную роль играют два типа электропроводности: ионная и молионная (катафоретическая).

В неполярных и слабополярных жидкостях носителями заряда в основном являются ионы, возникающие при диссоциации молекул примесей.

Степень диссоциации (отношение числа диссоциированных молекул к общему числу молекул жидкости) зависит от химической природы примесей, концентрации и диэлектрической проницаемости. Степень диссоциации возрастает с увеличением диэлектрической проницаемости.

Собственная ионная электропроводность наблюдается при диссоциации молекул жидкости с ионным характером связи.

Электронная электропроводность может наблюдаться в сильных полях при эмиссии электронов с катода в тщательно очищенных от примесей жидкостях.

Молионная электропроводность характерна для коллоидных растворов, например для многих электроизоляционных лаков в неотвержденном состоянии, содержащих мелкодисперсный наполнитель, пигмент и др. Знак заряда частицы будет положительным, если диэлектрическая проницаемость частиц больше диэлектрической проницаемости растворителя и наоборот. Такие заряженные частицы называют молионами.

Удельное сопротивление жидкостей уменьшается с ростом температуры по экспоненциальному закону

=B^.exp(W/kT) ,

где B - константа, W - энергия диссоциации, k - постоянная Больцмана. По аналогичному закону изменяется и вязкость жидкости.

Удельные проводимости неполярных, слабополярных и сильнополярных жидких диэлектриков приведены в таблице.

Диэлектрик	Удельное сопротивление , Ом.м
Неполярные жидкости (бензол, трансформаторное масло)	1010-1013
Слабополярные жидкости (совол, касторовое масло)	108-1010
Сильнополярные жидкости (дистилированная вода, этиловый спирт, ацетон)	103-105

Закон Ома в жидкостях нарушается в сильных полях (Е = 0.05 - 0.06 МВ/м). Возможные причины:

• диссоциация молекул жидкости, приводящая к резкому росту концентрации ионов;
  
• увеличение подвижности;
  
• автоэлектронная эмиссия электронов с катода в тщательно очищенных жидкостях.
  

Электропроводность твердых диэлектриков

Для твердых диэлектриков наиболее характерна ионная электропроводность. В кристаллических веществах ионную проводимость можно объяснить, исходя из представлений о внутренних нарушениях структуры или дефектах решетки.

Согласно Я.И.Френкелю под действием тепловых флуктуаций ионы получают иногда энергию, достаточную, чтобы покинуть нормальные положения в решетке и попасть в пространство между нормально закрепленными ионами (межузлия).

При тепловом возбуждении эти межузельные ионы перескакивают из одного межузельного положения в другое, а если к кристаллу приложено поле, то в направлении поля более часто. Через диэлектрик будет протекать электрический ток.

Посмотрите, как происходит процесс электропроводности в кристалле по френкелевскому механизму. Если при движении по кристаллу ион встречает вакантное место, то он снова закрепляется в узле решетки. Такой процесс приводит к обмену атомов местами, то есть к диффузии.

Коэффициент диффузии D связан с подвижностью соотношением Нернста-Энштейна

/D = e/kT,

где - подвижность, e - заряд, k - постоянная Больцмана, T - температура. Коэффициенты диффузии, вычисленные по этой формуле, при комнатной температуре очень малы, не более 10^-5 см²/с, а подвижность 10^-4 см/В^.с.

В процессе электропроводности играют роль не только собственные ионы решетки, но и ионы примесей, особенно с высокой подвижностью. К таким ионам относятся ионы Na⁺, K⁺, H⁺, роль которых велика уже при комнатной температуре.

К числу примесных ионов с большой подвижностью относятся такие ионы как Cu+, Au+, Ag+. Для таких ионов D = 10-5 - 10-7 см2/с, = 10-2 - 10-4 см2/В.с. Возможен и другой механизм электропроводности кристаллов (по Шоттки), при котором дефекты образуются в результате удаления равного числа анионов (-) и катионов (+) из нормальных узлов решетки и помещении их в новые узлы на внешних и внутренних поверхностях кристалла. В этом случае вакансии перемещаются по кристаллу вследствии переноса в незанятый узел ионов из соседних узлов. Посмотрите, как происходит этот процесс.

Для многих ионных кристаллов удельная электропроводность экспоненциально зависит от температуры

= e^.n^. = _o^.exp(-W_a/kT),

где W_a = W/2 + U, а W = W_f или W = W_s - энергия образования дефектов по Френкелю или по Шоттки в зависимости от типа дефектов, U - энергия активации перемещения ионов, меньшая W.

В координатах ln = f(1/T) эта зависимость представляется в виде прямой линии, либо в виде линии с изломом, если имеются два различных механизма проводимости. В этом случае зависимость от 1/T будет представляться суммой двух экспонент

= 1.exp(-Wa1/kT) + 2.exp(-Wa2/kT). Как видно из рисунка, по наклону прямых ln можно найти Wa1 и Wa2 например для Wa1 имеем: Wa1= ln 2 - ln 1 .103.k. ---------------------- (103/T2)-(103/T1)