Тема IІІ.1. Фізичні процеси, що відбуваються в діелектриках

Вивчення теми варто починати з визначення фізичного змісту провідності діелектриків. Необхідно ознайомитися з зонною теорією електропровідності, усвідомити причини електронної та іонні провідності.

Струм у діелектрику, викликаний електропровідністю, називають струмом витоку. У твердих діелектриках розрізняють два струми витоку: об'ємний ( або ), що проходить між електродами крізь товщу діелектрика, і поверхневий ( або ), що проходить по поверхні діелектрика. Сума цих струмів визначає загальний струм витоку.

Відповідно двом видам струмів витоку розрізняють об'ємний питомий опір ( або ) і поверхневий питомий опір ( або ). Необхідно знати методику визначення, одиниці виміру питомих опорів, а також їхню залежність від температури, вологості, напруженості полю.

Варто мати на увазі, що питомий опір діелектрика є параметром, що визначає струм витоку в ньому. При підрахунку діелектричних втрат, що ведуть до нагрівання діелектрика, звичайно враховується тільки об'ємний струм витоку. Поверхневий струм витоку створює втрати потужності на поверхні, що практично не впливає на нагрівання діелектрика.

Далі необхідно ознайомитися з поляризацією діелектриків, тобто з процесом упорядкування зв'язаних електричних зарядів усередині діелектрика під дією електричного поля. Варто розрізняти електрону, дипольну таспонтанну поляризацію, а також здатність матеріалів до поляризації, названу абсолютною діелектричною проникністю. Потрібно розібратися з одиницями виміру абсолютної діелектричної проникності й ознайомитися з відносною діелектричною проникністю, її залежністю від температури, частоти прикладеної напруги для нейтральних і полярних діелектриків. Якщо до діелектрика прикласти змінну напругу, у ланцюзі буде проходити струм, що містить три складові. Одна з них, що є струмом витоку, збігається по фазі з прикладеною напругою, друга, викликана електронною поляризацією і зветься струмом зсуву, що випереджає напругу на чверть періоду і третя, що викликана дипольною й об'ємно-зарядною поляризаціями, названа струмом абсорбції (поглинання), також випереджає по фазі напругу, але на кут менше, ніж 90° (мал.1).

З векторної діаграми видно

Рис.1. Векторна діаграма струмів у діелектрику

З цієї формули видно, що при заданій величині напруги U, його частоти і ємності, витрати енергії в діелектрику будуть залежати від . У відповідності про це кут , щодоповнює куту зрушення фаз між струмом і напругою до 90°, називають кутом діелектричних витрат. Ця величина є найважливішою електричною характеристикою кожного діелектрика.

При вивченні даного питання варто ознайомитися з методикою визначення тангенса кута діелектричних втрат, а також залежністю цього параметра від температура, вологості, частоти струму, напруженості полю.

Далі необхідно вивчити питання електричної міцності діелектриків, розглянути теплові, електричні, іонізаційний види пробою, а також залежність електричної міцності від внутрішньої будівлі діелектрика, температури, вологості, роду і частоти струму, форми електричного полю, тривалості впливу напруги.

Варто також ознайомитися з питаннями розрядного перекриття твердих діелектриків і залежності напруги перекриття від вологості, температури навколишнього середовище, ступені забруднення поверхні і від шляху поверхневого розряду.

На закінчення необхідно вивчити методику виміру електричної міцності діелектриків.