Specifiek volume en oppervlakteweerstand van vaste diëlektrica

Onderzoek van een vast monster diëlektrisch, is het mogelijk om twee fundamenteel mogelijke paden voor de stroom van elektrische stroom te onderscheiden: over het oppervlak van een bepaald diëlektricum en door zijn volume. Vanuit dit oogpunt is het mogelijk om het vermogen van het diëlektricum om elektrische stroom in deze richtingen te geleiden, te evalueren met behulp van de concepten van oppervlakte- en volumeweerstand.

Bulk weerstand Het is de weerstand die een diëlektricum vertoont wanneer een gelijkstroom door zijn volume stroomt.

Oppervlakte weerstand — Dit is de weerstand die een diëlektricum vertoont wanneer er een gelijkstroom over het oppervlak stroomt. Oppervlakte- en bulkweerstand worden experimenteel bepaald.

De waarde van de specifieke volumeweerstand van een diëlektricum is numeriek gelijk aan de weerstand van een kubus gemaakt van dat diëlektricum, waarvan de rand 1 meter lang is, op voorwaarde dat er een gelijkstroom door de twee tegenoverliggende zijden stroomt.

Omdat hij de bulkweerstand van een diëlektricum wil meten, plakt de onderzoeker metalen elektroden aan weerszijden van een kubisch diëlektrisch monster.

Het oppervlak van de elektroden wordt gelijk aan S genomen en de dikte van het monster wordt h genomen. In het experiment worden de elektroden geïnstalleerd in beschermende metalen ringen, die noodzakelijkerwijs geaard zijn om de invloed van oppervlaktestromen op de nauwkeurigheid van de metingen te elimineren.

Wanneer de elektroden en beschermringen zijn geïnstalleerd in overeenstemming met alle geschikte experimentele omstandigheden, wordt een constante spanning U op de elektroden aangelegd vanuit een gekalibreerde constante spanningsbron en gedurende 3 minuten vastgehouden, zodat de polarisatieprocessen in het diëlektrische monster zeker zijn voltooid.

Meet vervolgens, zonder de gelijkspanningsbron los te koppelen, de spanning en de doorlaatstroom met behulp van een voltmeter en een microampèremeter. De volumeweerstand van het diëlektrische monster wordt vervolgens berekend met behulp van de volgende formule:

Volumeweerstand wordt gemeten in ohm.

Aangezien het oppervlak van de elektroden bekend is, is het gelijk aan S, de dikte van het diëlektricum is ook bekend, het is gelijk aan h, en de volumeweerstand Rv is zojuist gemeten, je kunt nu de volumeweerstand vinden van het diëlektricum (gemeten in Ohm * m), met behulp van de volgende formule:

Om de oppervlakteweerstand van een diëlektricum te vinden, vindt u eerst de oppervlakteweerstand van een specifiek monster. Hiertoe worden twee metalen elektroden met een lengte l op een onderlinge afstand d op het monster gelijmd.

Vervolgens wordt een constante spanning U van een constante spanningsbron toegepast op de gebonden elektroden, die gedurende 3 minuten wordt gehandhaafd, zodat de polarisatieprocessen in het monster waarschijnlijk eindigen, en de spanning wordt gemeten met een voltmeter en de stroom met een ampèremeter .

Ten slotte wordt de oppervlakteweerstand in ohm berekend met de formule:

Om nu de specifieke oppervlakteweerstand van een diëlektricum te vinden, is het noodzakelijk om uit te gaan van het feit dat deze numeriek gelijk is aan de oppervlakteweerstand van het vierkante oppervlak van een bepaald materiaal, als de stroom vloeit tussen de elektroden die aan de zijkanten van dit plein. Dan is de specifieke oppervlakteweerstand gelijk aan:

Oppervlakteweerstand wordt gemeten in ohm.

De specifieke oppervlakteweerstand van een diëlektricum is een kenmerk van een diëlektrisch materiaal en hangt af van de chemische samenstelling van het diëlektricum, de huidige temperatuur, vochtigheid en de spanning die op het oppervlak wordt toegepast.

De droogheid van het diëlektrische oppervlak speelt een grote rol. De dunste laag water op het oppervlak van het monster is voldoende om een ​​merkbare geleidbaarheid te vertonen, die afhangt van de dikte van deze laag.

Oppervlaktegeleiding is voornamelijk te wijten aan de aanwezigheid van onzuiverheden, defecten en vocht op het oppervlak van het diëlektricum. Poreuze en polaire diëlektrica zijn gevoeliger voor vocht dan andere. De specifieke oppervlakteweerstand van dergelijke materialen is gerelateerd aan de hardheidswaarde en de diëlektrische bevochtigingscontacthoek.

Hieronder staat een tabel waaruit blijkt dat hardere diëlektrica met een kleinere contacthoek een lagere specifieke oppervlakteweerstand hebben in natte toestand. Vanuit dit oogpunt zijn diëlektrica onderverdeeld in hydrofoob en hydrofiel.

Niet-polaire diëlektrica zijn hydrofoob en worden niet nat met water als het oppervlak schoon is. Om deze reden, zelfs als een dergelijk diëlektricum in een vochtige omgeving wordt geplaatst, zal de oppervlakteweerstand praktisch niet veranderen.

Polaire en de meeste ionische diëlektrica zijn hydrofiel en hebben bevochtigbaarheid. Als een hydrofiel diëlektricum in een natte omgeving wordt geplaatst, neemt de oppervlakteweerstand af. Diverse verontreinigingen hechten zich gemakkelijk aan het natte wegdek, wat ook kan bijdragen aan een vermindering van de oppervlakteweerstand.

Er zijn ook intermediaire diëlektrica, waaronder zwak polaire materialen zoals lavsan.

Als natte isolatie wordt verwarmd, kan de oppervlakteweerstand beginnen te stijgen naarmate de temperatuur stijgt. Als de isolatie droog is, kan de weerstand afnemen. Lage temperaturen dragen bij tot een toename van de oppervlakteweerstand van het diëlektricum in gedroogde toestand met 6-7 ordes van grootte, vergeleken met hetzelfde materiaal, alleen nat.

Om de oppervlakteweerstand van het diëlektricum te vergroten, nemen ze hun toevlucht tot verschillende technologische methoden. Het monster kan bijvoorbeeld worden gewassen in een oplosmiddel of in kokend gedestilleerd water, afhankelijk van het type diëlektricum, of worden verwarmd tot een voldoende hoge temperatuur, bedekt met een vochtbestendige vernis, glazuur, geplaatst in een beschermende schaal, koffer, enz. .