Volume specifico e resistenza superficiale di dielettrici solidi

Esame di un campione solido dielettrico, è possibile distinguere due percorsi fondamentalmente possibili per il flusso di corrente elettrica: sulla superficie di un dato dielettrico e attraverso il suo volume. Da questo punto di vista è possibile valutare la capacità del dielettrico di condurre corrente elettrica in queste direzioni, utilizzando i concetti di resistenza superficiale e di volume.

Resistenza alla massa È la resistenza che un dielettrico mostra quando una corrente continua scorre attraverso il suo volume.

Resistenza superficiale — Questa è la resistenza che un dielettrico mostra quando una corrente continua scorre attraverso la sua superficie. La resistività superficiale e di massa sono determinate sperimentalmente.

Il valore della resistività di volume specifica di un dielettrico è numericamente uguale alla resistenza di un cubo costituito da quel dielettrico, il cui spigolo è lungo 1 metro, purché sia ​​attraversato da una corrente continua per i suoi due lati opposti.

Volendo misurare la resistenza di massa di un dielettrico, lo sperimentatore attacca elettrodi metallici ai lati opposti di un campione di dielettrico cubico.

L'area degli elettrodi è presa uguale a S e lo spessore del campione è preso h. Nell'esperimento, gli elettrodi sono installati all'interno di anelli metallici protettivi, che sono necessariamente messi a terra per eliminare l'influenza delle correnti superficiali sull'accuratezza delle misure.

Quando gli elettrodi e gli anelli di protezione sono installati secondo tutte le condizioni sperimentali appropriate, una tensione costante U viene applicata agli elettrodi da una sorgente di tensione costante calibrata e mantenuta per 3 minuti, in modo che i processi di polarizzazione nel campione dielettrico siano certamente completati.

Quindi, senza scollegare la sorgente di tensione CC, misurare la tensione e la corrente diretta utilizzando un voltmetro e un microamperometro. La resistività di volume del campione dielettrico viene quindi calcolata utilizzando la seguente formula:

La resistenza del volume è misurata in ohm.

Poiché l'area degli elettrodi è nota, è uguale a S, è noto anche lo spessore del dielettrico, è uguale a h, ed è stata appena misurata la resistenza di volume Rv, ora puoi trovare la resistività di volume di il dielettrico (misurato in Ohm * m), utilizzando la seguente formula:

Per trovare la resistività superficiale di un dielettrico, devi prima trovare la resistività superficiale di un campione specifico. A tale scopo, due elettrodi metallici di lunghezza l vengono incollati al campione ad una distanza d tra loro.

Una tensione costante U da una sorgente di tensione costante viene quindi applicata agli elettrodi legati, che viene mantenuta per 3 minuti in modo che i processi di polarizzazione nel campione possano terminare, e la tensione viene misurata con un voltmetro e la corrente con un amperometro .

Infine, la resistenza superficiale in ohm viene calcolata utilizzando la formula:

Ora, per trovare la resistenza superficiale specifica di un dielettrico, bisogna partire dal fatto che essa è numericamente uguale alla resistenza superficiale della superficie quadrata di un dato materiale, se la corrente scorre tra gli elettrodi montati ai lati del questa piazza. Quindi la resistenza superficiale specifica sarà pari a:

La resistenza superficiale è misurata in ohm.

La resistenza superficiale specifica di un dielettrico è una caratteristica di un materiale dielettrico e dipende dalla composizione chimica del dielettrico, dalla sua temperatura attuale, dall'umidità e dalla tensione applicata alla sua superficie.

La secchezza della superficie dielettrica gioca un ruolo enorme. Lo strato più sottile di acqua sulla superficie del campione è sufficiente per mostrare una conduttività apprezzabile, che dipenderà dallo spessore di questo strato.

La conduttività superficiale è dovuta principalmente alla presenza di impurità, difetti e umidità sulla superficie del dielettrico. I dielettrici porosi e polari sono più suscettibili all'umidità rispetto ad altri. La resistenza superficiale specifica di tali materiali è correlata al valore di durezza e all'angolo di contatto della bagnatura dielettrica.

Di seguito è riportata una tabella dalla quale è evidente che i dielettrici più duri con un angolo di contatto minore hanno una resistività superficiale specifica inferiore allo stato umido. Da questo punto di vista i dielettrici si dividono in idrofobici e idrofili.

I dielettrici non polari sono idrofobi e non si bagnano con l'acqua quando la superficie è pulita. Per questo motivo, anche se un tale dielettrico viene posto in un ambiente umido, la sua resistenza superficiale praticamente non cambierà.

I dielettrici polari e la maggior parte ionici sono idrofili e hanno bagnabilità. Se un dielettrico idrofilo viene posto in un ambiente umido, la sua resistenza superficiale diminuirà. Vari contaminanti aderiranno facilmente alla superficie bagnata, il che può anche contribuire a una riduzione della resistenza superficiale.

Esistono anche dielettrici intermedi, questi includono materiali debolmente polari come il lavsan.

Se l'isolamento umido viene riscaldato, la sua resistenza superficiale può iniziare ad aumentare con l'aumentare della temperatura. Quando l'isolamento è asciutto, la resistenza può diminuire. Le basse temperature contribuiscono ad un aumento della resistenza superficiale del dielettrico allo stato essiccato di 6-7 ordini di grandezza, rispetto allo stesso materiale, solo umido.

Per aumentare la resistenza superficiale del dielettrico, ricorrono a vari metodi tecnologici. Ad esempio, il campione può essere lavato in un solvente o in acqua distillata bollente, a seconda del tipo di dielettrico, oppure riscaldato a una temperatura sufficientemente elevata, ricoperto con vernice resistente all'umidità, smalto, posto in un guscio protettivo, custodia, eccetera. .