Будь радіотехнічний матеріал - провідник, напівпровідник або діелектрик - проводить електричний струм. Але в діелектриках протікають струми дуже малої величини, якщо навіть вони знаходяться під впливом великої напруги (500 В і вище).
Електричний струм в діелектриках - це спрямований рух електронів та іонів: позитивних і (або) негативних іонів.
Основні види електропровідності діелектриків
1. абсорбції струми
Абсорбційними струмами називаються струми зміщення різних видів сповільненій поляризації. Абсорбція струми при постійній напрузі протікають в діелектрику до моменту встановлення рівноважного стану, змінюючи свій напрямок при включенні і виключенні напруги. При змінній напрузі абсорбційні струми протікають протягом усього часу перебування діелектрика в електричному полі.
У загальному випадку електричний струм j в діелектрику є сумою наскрізного струму jск і струму абсорбції jаб
Струм абсорбції можна визначити через струм зміщення jсм - швидкість зміни вектора електричної індукції D
Наскрізний струм визначається переносом (рухом) в електричному полі різних носіїв заряду.
2. Електронна електропровідність характеризується переміщенням електронів під дією поля. Крім металів вона присутня у вуглецю, оксидів металів, сульфідів і ін. Речовин, а також у багатьох напівпровідників.
3. Іонна - обумовлена рухом іонів. Спостерігається в розчинах і розплавах електролітів - солей, кислот, лугів, а також у багатьох діелектриках. Вона поділяється на власну і примесную провідності. Власна провідність обумовлена рухом іонів, одержуваних при дисоціації [1] молекул. Рух іонів в електричному полі супроводжується електролізом [2] - перенесенням речовини між електродами і виділенням його на електродах. Полярні рідини диссоційовані більшою мірою і мають велику електропровідність, ніж неполярні.
У неполярних і слабополярная рідких діелектриках (мінеральні масла, кремнійорганічні рідини) електропровідність визначається домішками.
4. Моліонная електропровідність - обумовлена рухом заряджених частинок, званих моліонамі. Спостерігають її в колоїдних системах, емульсіях [3], суспензіях [4]. Рух моліонов під дією електричного поля називають електрофорезом. При електрофорезі, на відміну від електролізу, нових речовин не утворюється, змінюється відносна концентрація дисперсної фази в різних шарах рідини. Електрофоретична електропровідність спостерігається, наприклад, в оліях, що містять емульгованих воду.
Всі діелектричні матеріали під впливом постійної напруги пропускають певний, хоча зазвичай і вельми незначний струм, званий струмом витоку. Якщо для низькоякісних електроізоляційних матеріалів (дерево, мармур, азбестоцемент і пр.) # 961; лежить в межах 10 6 -10 8 Ом * м, то для полістиролу, фторлона, кварцу воно досягає 10 14 -10 16 Ом * м, ще вище значення неіонізованих газів. Очевидно, що чим вище # 961 ;, тим вище якість електроізоляційного матеріалу.
У порівнянні з електропровідністю провідників і напівпровідників електропровідність діелектриків має ряд особливостей.
По перше. з огляду на дуже велику питому опору діелектрика ток через обсяг ділянки ізоляції - об'ємний наскрізний струм I # 957; - дуже малий і порівняємо з ним виявляється струм по поверхні - поверхневої наскрізний струм Is. Тому при вивченні електропровідності діелектрика необхідно враховувати поряд з об'ємним і поверхневий струм, вважаючи загальний струм ділянки ізоляції:
Отже провідність G = I / U cкладивается з двох провідностей об'ємної і поверхневої.
Загальний опір ізоляції визначають як результуючий двох паралельно включених опорів (об'ємного і поверхневого):
Під питомим опором діелектрика зазвичай розуміють питомий об'ємний опір, для характеристики Rs вводять поняття питомого поверхневого опору # 961; s.
Рис.1. Види електричного струму в діелектрику
Другою характерною особливістю електропровідності діелектрика є поступове спадання струму з часом після підключення постійної напруги (замикання контакту До на рис.1) У початковий проміжок часу в ланцюзі протікає швидко спадаючий струм зміщення Iсм. щільність якого jсм = dD / dt (де D = # 949; # 949; 0 Е - електричне зміщення). Цей струм припиняється за час порядку постійної часу RC схеми джерело-зразок діелектрика, яке зазвичай мало.
Однак струм продовжує змінюватися і після цього, часто за лічені хвилини і навіть години. Повільно змінюється складову струму, обумовлену перерозподілом вільних зарядів в обсязі діелектрика називають струмом абсорбції (Iабс). Струм абсорбції пов'язаний з поглинанням носіїв заряду обсягом діелектрика: частина носіїв зустрічає на своєму шляху пастки захоплення - дефекти решітки, захоплюючі і утримують носії. Згодом, коли всі пастки заповнюються носіями, ток абсорбції припиняється і залишається тільки не змінюється в часі наскрізний струм Iскв. Який обумовлений проходженням носіїв заряду від одного електрода до іншого і дорівнює сумі об'ємного і поверхневого наскрізних струмів: Iскв = I # 957; + Is
# 19; SHAPE \ * MERGEFORMAT # 20;
Рис.2. Зміна струму в діелектрику після підключення постійної напруги.
Струм абсорбції призводить до накопичення носіїв заряду в певних місцях діелектрика - дефектах решітки, межах розділу, неоднородностях. Внаслідок появи об'ємних зарядів розподіл напруженості поля в діелектрику стає неоднорідним. Накопичення в діелектрику об'ємних зарядів призводить до такого небажаного явища, як неповний розряд конденсатора при короткому замиканні його обкладок, що характеризується коефіцієнтом абсорбції, рівним відношенню залишкової напруги до початкового.
При вимірюванні питомого опору струм абсорбції необхідно виключити, витримуючи зразок під напругою протягом деякого часу.
Крім перерахованих, електропровідність діелектриків має різний характер в залежності від агрегатного стану діелектрика.