Spezifischer Volumen- und Oberflächenwiderstand fester Dielektrika
Untersuchung einer festen Probe Dielektrikumlassen sich grundsätzlich zwei mögliche Wege für den Stromfluss unterscheiden: über die Oberfläche eines gegebenen Dielektrikums und durch dessen Volumen. Unter diesem Gesichtspunkt ist es möglich, die Fähigkeit des Dielektrikums, elektrischen Strom in diese Richtungen zu leiten, mithilfe der Konzepte des Oberflächen- und Volumenwiderstands zu bewerten.
Massenwiderstand Es ist der Widerstand, den ein Dielektrikum aufweist, wenn ein Gleichstrom durch sein Volumen fließt.
Oberflächenwiderstand — Dies ist der Widerstand, den ein Dielektrikum aufweist, wenn ein Gleichstrom über seine Oberfläche fließt. Oberflächen- und Volumenwiderstand werden experimentell bestimmt.
Der Wert des spezifischen Volumenwiderstands eines Dielektrikums ist numerisch gleich dem Widerstand eines Würfels aus diesem Dielektrikum, dessen Kante 1 Meter lang ist, vorausgesetzt, dass durch seine beiden gegenüberliegenden Seiten ein Gleichstrom fließt.
Um den Massenwiderstand eines Dielektrikums zu messen, klebt der Experimentator Metallelektroden auf gegenüberliegende Seiten einer kubischen dielektrischen Probe.
Die Fläche der Elektroden wird gleich S und die Dicke der Probe wird gleich h genommen. Im Experiment sind die Elektroden in schützenden Metallringen eingebaut, die unbedingt geerdet sind, um den Einfluss von Oberflächenströmen auf die Genauigkeit der Messungen auszuschließen.
Wenn die Elektroden und Schutzringe gemäß allen geeigneten Versuchsbedingungen installiert sind, wird eine konstante Spannung U von einer kalibrierten Konstantspannungsquelle an die Elektroden angelegt und für 3 Minuten gehalten, damit die Polarisationsprozesse in der dielektrischen Probe sicher abgeschlossen sind.
Messen Sie dann, ohne die Gleichspannungsquelle zu trennen, die Spannung und den Durchlassstrom mit einem Voltmeter und einem Mikroamperemeter. Der Volumenwiderstand der dielektrischen Probe wird dann mit der folgenden Formel berechnet:
Der Volumenwiderstand wird in Ohm gemessen.
Da die Fläche der Elektroden bekannt ist, ist sie gleich S, die Dicke des Dielektrikums ist ebenfalls bekannt, sie ist gleich h, und der Volumenwiderstand Rv wurde gerade gemessen, Sie können nun den Volumenwiderstand von ermitteln das Dielektrikum (gemessen in Ohm * m), nach folgender Formel:
Um den Oberflächenwiderstand eines Dielektrikums zu ermitteln, ermitteln Sie zunächst den Oberflächenwiderstand einer bestimmten Probe. Dazu werden zwei Metallelektroden der Länge l im Abstand d zueinander auf die Probe geklebt.
Anschließend wird an die verklebten Elektroden eine konstante Spannung U aus einer Konstantspannungsquelle angelegt, die für 3 Minuten aufrechterhalten wird, damit die Polarisationsvorgänge in der Probe voraussichtlich zum Stillstand kommen, und die Spannung wird mit einem Voltmeter und der Strom mit einem Amperemeter gemessen .
Abschließend wird der Oberflächenwiderstand in Ohm nach folgender Formel berechnet:
Um nun den spezifischen Oberflächenwiderstand eines Dielektrikums zu ermitteln, muss man davon ausgehen, dass er numerisch gleich dem Oberflächenwiderstand der quadratischen Oberfläche eines bestimmten Materials ist, wenn der Strom zwischen den an den Seiten angebrachten Elektroden fließt dieses Quadrat. Dann ist der spezifische Oberflächenwiderstand gleich:
Der Oberflächenwiderstand wird in Ohm gemessen.
Der spezifische Oberflächenwiderstand eines Dielektrikums ist ein Merkmal eines dielektrischen Materials und hängt von der chemischen Zusammensetzung des Dielektrikums, seiner aktuellen Temperatur, Luftfeuchtigkeit und der an seiner Oberfläche angelegten Spannung ab.
Die Trockenheit der dielektrischen Oberfläche spielt eine große Rolle. Die dünnste Wasserschicht auf der Oberfläche der Probe reicht aus, um eine nennenswerte Leitfähigkeit zu zeigen, die von der Dicke dieser Schicht abhängt.
Die Oberflächenleitfähigkeit ist hauptsächlich auf das Vorhandensein von Verunreinigungen, Defekten und Feuchtigkeit auf der Oberfläche des Dielektrikums zurückzuführen. Poröse und polare Dielektrika sind anfälliger für Feuchtigkeit als andere. Der spezifische Oberflächenwiderstand solcher Materialien hängt vom Härtewert und dem dielektrischen Benetzungskontaktwinkel ab.
Nachfolgend finden Sie eine Tabelle, aus der ersichtlich ist, dass härtere Dielektrika mit kleinerem Kontaktwinkel im nassen Zustand einen geringeren spezifischen Oberflächenwiderstand aufweisen. Unter diesem Gesichtspunkt werden Dielektrika in hydrophobe und hydrophile unterteilt.
Unpolare Dielektrika sind hydrophob und werden bei sauberer Oberfläche nicht mit Wasser benetzt. Aus diesem Grund ändert sich sein Oberflächenwiderstand praktisch nicht, selbst wenn ein solches Dielektrikum in einer feuchten Umgebung platziert wird.
Polare und die meisten ionischen Dielektrika sind hydrophil und benetzbar. Wenn ein hydrophiles Dielektrikum in eine feuchte Umgebung gebracht wird, verringert sich sein Oberflächenwiderstand. Verschiedene Verunreinigungen haften leicht an der nassen Oberfläche, was ebenfalls zu einer Verringerung des Oberflächenwiderstands beitragen kann.
Es gibt auch Zwischendielektrika, dazu zählen schwach polare Materialien wie Lavsan.
Wenn nasse Isolierung erhitzt wird, kann der Oberflächenwiderstand mit steigender Temperatur ansteigen. Wenn die Isolierung trocken ist, kann der Widerstand abnehmen. Niedrige Temperaturen tragen dazu bei, den Oberflächenwiderstand des Dielektrikums im getrockneten Zustand um 6–7 Größenordnungen zu erhöhen, verglichen mit dem gleichen Material, nur nass.
Um den Oberflächenwiderstand des Dielektrikums zu erhöhen, greifen sie auf verschiedene technologische Methoden zurück. Beispielsweise kann die Probe je nach Art des Dielektrikums in einem Lösungsmittel oder in kochendem destilliertem Wasser gewaschen oder auf eine ausreichend hohe Temperatur erhitzt, mit einem feuchtigkeitsbeständigen Lack oder einer Glasur bedeckt, in eine Schutzhülle oder ein Etui gelegt werden. usw. .