Средние значения удельного объемного сопротивления

Проводимость твердых диэлектриков подразделяют на объемную (количественно определяющую возможность прохождения тока через толщу изоляции) и поверхностную. Это связано с тем, что электрические свойства поверхности в результате взаимодействия с газовой или жидкой средой (загрязнение, увлажнение и т.п.) могут сильно отличаться от свойств объемной фазы.

Средние значения удельного объемного сопротивления r_v (при комнатной температуре) некоторых диэлектриков приведены в табл. 1.

2.3. Зависимость электропроводности диэлектриков
от различных факторов

В отличие от проводников у диэлектриков наблюдается изменение тока I со временем t (рис. 2) вследствие уменьшения тока абсорбции I _ab, обусловленного наличием релаксационной поляризации. С определенного момента времени под воздействием постоянного напряжения в диэлектрике устанавливается только ток проводимости I _c, определяемый проводимостью диэлектрика.

Рис. 2. Зависимость тока от времени

Температурная зависимость электронной проводимости хорошо описывается экспоненциальным законом:

; , (4)

где g₀ – константа; E _a – энергия активации переноса заряда; – постоянная Больцмана. Это связано с экспоненциальным изменением концентрации носителей с температурой. Подвижность меняется более медленно, и ее вклад менее существенен.

В ионных кристаллических диэлектриках при «низких» температурах проводимость обусловлена перемещением катионом с наибольшей подвижностью. С ростом температуры вклад в проводимость начинают вносить также и другие ионы. В результате общая температурная зависимость электропроводности описывается следующей формулой:

g = g₁e^{– B 1/ T} + g₂e^{– B 2/ T} . (5)

Одно из слагаемых преобладает при низких температурах, а другое – при высоких.

При высоких температурах возможно также внедрение электронов в твердый диэлектрик с поверхности металлических электронов.

В слабых полях вклад электронной проводимости очень незначителен. Однако в сильных полях в результате освобождения связанных электронов подвижность носителей возрастает. В результате ударной ионизации резко увеличивается концентрация электронов в зоне проводимости или дырок в валентной зоне. Все это приводит к росту электронной проводимости. Зависимость электропроводности от напряженности электрического поля E в таком случае описывается формулой:

g = g_se ^bE, (6)

где g_s – электропроводность в конце области насыщения;
b – коэффициент, зависящий от температуры. В предпробойной области (очень сильные электрические поля) электропроводность кристаллических диэлектриков более точно описывается формулой Я.И. Френкеля:

, (7)

где e – относительная диэлектрическая проницаемость; e₀ = 8,854×10^–12 Кл / (В×м) – электрическая постоянная.

Существенное влияние на электропроводность диэлектриков оказывают влажность. Присутствие даже малого количества воды способно значительно уменьшить электросопротивление изолятора. Дело в том, что растворимые в воде примеси диссоциируют на ионы. Увлажнение также может способствовать диссоциации основного вещества диэлектрика. Особенно сильно влага оказывает воздействие на волокнистые материалы, когда могут образовываться сплошные водяные пленки вдоль волокон, пронизывающие изоляцию. Поэтому гигроскопичные материалы подвергают сушке и пропитывают или покрывают лаками или компаундами.

На величину поверхностной проводимости диэлектриков также значительно влияет состояние их поверхности. Если поверхность шероховата, то в связи с удержанием ею пыли, осевшей из воздуха, или других случайно попавших частиц, поверхностное сопротивление будет значительно снижено. Поэтому поверхность обычно шлифуется, полируется, покрывается глазурью и т.д.