Исследование зависимости удельных объемного и поверхностного сопротивления диэлектриков от температуры и влажности. Исследование свойств пьезоэлектриков. Исследование магнитных характеристик ферритов и магнитодиэлектриков

ЛАБОРАТОРНАЯ  РАБОТА  № 3

ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАВИСИМОСТИ УДЕЛЬНЫХ ОБЪЕМНОГО И ПОВЕРХНОСТНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ДИЭЛЕКТРИКОВ ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ И ВЛАЖНОСТИ

1.  ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ

1.1.  Цель работы

Изучение влияния температуры и влажности на электропроводность диэлектриков.

1.2.  Содержание работы

Основным содержанием работы является освоение методики измерения удельных объемного (r_V) и поверхностного сопротивлений (r_S) полимерных диэлектриков при постоянном напряжении.

При выполнении работы студенты знакомятся с особенностями изменения r_V и r_S при увеличении температуры и влажности.

Обучение осуществляется в процессе выполнения домашних и лабораторных заданий. Контроль усвоения полученных студентами знаний и навыков производится при собеседовании путем оценки ответов на контрольные вопросы, а также при выполнении лабораторной работы.

Время выполнения домашних заданий 3 часа. Общее время на выполнение лабораторных заданий, включая собеседование и ответ по лабораторной работе, 4 часа.

В процессе работы необходимо соблюдать общие правила техники безопасности при работе с электроустановками напряжением до 1000 В.

2

2. ДОМАШНИЕ ЗАДАНИЯ И МЕТОДИЧЕСКИЕ

УКАЗАНИЯ ПО ИХ ВЫПОЛНЕНИЮ

2.1. Задание № 1

Ознакомиться и занести в отчет сведения об использовании полимерных диэлектриков в изготовлении радиотехнических деталей и узлов. Дать краткую характеристику полимерных диэлектриков. Описать общие закономерности прохождения электрического тока через диэлектрик.

Методические указания по выполнению первого задания

Для выполнения задания необходимо изучить материал /1, с. 193 – 200; 2, с. 30 – 43 /. При проработке материала необходимо обратить особое внимание на следующие обстоятельства. Диэлектрики с идеальной структурой не должны проводить электрический ток. В таких диэлектриках все заряженные частицы взаимосвязаны, они не могут приобретать ускорения под действием электрического поля и перемещаться на значительные по сравнению с молекулярными расстояниями. Однако в действительности в любом диэлектрике имеются нарушения структуры, обусловливающие наличие подвижных носителей зарядов – заряженных частиц, способных перемещаться на значительные расстояния под действием внешнего поля. Кроме того, носители заряда находятся в непрерывном хаотическом тепловом движении.

В зависимости от структуры диэлектрика носители заряда могут иметь разную природу и происхождение. В газообразных диэлектриках – это положительные и отрицательные ионы, электроны, возникающие в результате ионизации молекул газа частицами высокой энергии. В ионных кристаллах – это точечные дефекты кристаллической решетки – вакансии (пустые узлы) и междоузельные ионы. В некоторых твердых диэлектриках  (керамика)   наблюдается   электронный  механизм

3

проводимости – это электроны в зоне проводимости и дырки в заполненной зоне. В диэлектриках с молекулярной структурой носителями заряда являются ионы.

Через диэлектрик, помещенный в постоянное электрическое поле, протекает электрический ток, который складывается из двух составляющих: тока поляризации и тока утечки или тока сквозной проводимости.

Токи поляризации вызваны упругим смещением связанных зарядов при установлении поляризации и при постоянном напряжении, приложенном к диэлектрику, протекают кратковременно только при включении и отклонении напряжения. У большинства  диэлектриков эти токи спадают до нуля за доли секунды, но при замедленных видах поляризации (в полимерных диэлектриках) – за десятки секунд и более. Токи, вызванные поляризацией связанных зарядов в диэлектрике, называются токами абсорбции или смещения.

Сопротивление диэлектрика, находящегося под действием постоянного электрического поля, определяется по сквозному току проводимости (в дальнейшем – току проводимости) согласно закону Ома

R=U/I_пр ,                                     (3.1)

где I_пр – установившийся ток проводимости, А;

U – напряжение, приложенное к образцу, В.

За величину I_пр принимают установившийся электрический ток после завершения поляризации при постоянном приложенном напряжении (поскольку при переменном напряжении через диэлектрик будет протекать и ток смещения, который так же, как и определяемое сопротивление, зависит от частоты переменного напряжения, его формы и других факторов, не имеющих прямого отношения к электросопротивлению самого диэлектрика).

4

Ток проводимости, протекающий в цепи через диэлектрик, разветвляется и проходит по двум путям: через толщу диэлектрика и по его поверхности. В соответствии с этим различают объемное  R_V  и  поверхностное  R_S сопротивления. Полное сопротивление R поэтому определяется как эквивалентное двух параллельно соединенных сопротивлений:

R=R_V ×R_S / (R_V+R_S) .                          (3.2)

Каждое из этих сопротивлений характеризуется соответствующим удельным электросопротивлением диэлектрика. Удельным объемным электросопротивлением r_V называется сопротивление куба с ребром в 1 м (в системе СИ), когда к его противоположным граням приложено постоянное напряжение. Аналогично, удельным поверхностным электросопротивлением r_S называется сопротивление квадрата поверхности материала со стороной в 1 м (система СИ), когда к его противоположным сторонам приложено постоянное напряжение.