Электрические характеристики

Удельное электрическое сопротивление. Всякий электротехнический материал - проводник, полупроводник и даже диэлектрик - проводоит электрический ток. Чтобы оценивать степень электропроводности того или иного материала, приходится определять удельное электрическое сопротивление материала.

Удельное электрическое сопротивление, Ом*м, вычисляется по формуле

У металлических проводников удельные сопротивления очень малы и находятся в пределах p=10^-4-10^-2 Ом-м. Это указывает на большую электропроводность проводниковых материалов.

У полупроводниковых материалов (полупроводников) значения удельных сопротивлений больше, чем у проводников, и составляют p=10^-2-10⁸ Ом-м, а у диэлектриков они еще больше - p=10⁸-10¹⁸ Ом-м.

Большие значения удельного сопротивления у диэлектриков указывают на их весьма малую электропроводность.

Удельное сопротивление электротехнических материалов в значительной степени зависит от температуры (рис. 1)

Температурный коэффициент удельного сопротивления ТК р - характеристика, позволяющая оценить изменение удельного электрического сопротивления материала с изменением его температуры. При линейном изменении удельного сопротивления (в узком интервале температур) величину ТК р, 1/°С, вычисляют по формуле

где р₁ - удельное электрическое сопротивление материала при начальной температуре t₁; p₂ - удельное электрическое сопротивление материала при температуре t₂. На рис. 1 можно видеть, что у проводников ТК р>0. Это указывает на рост электрического сопротивления с повышением температуры проводников. У полупроводников и диэлектриков ТК p<0, что указывает на уменьшение сопротивления с повышением температуры этих материалов.

Диэлектрическая проницаемость е. Диэлектрическая проницаемость е позволяет определить способность диэлектрика образовывать электрическую емкость. Известно, что емкость С плоского конденсатора с двумя металлическими обкладками прямо пропорциональна величине диэлектрической пронимаемости е где h - толщина диэлектрика, м; S - площадь одной металлической обкладки, м2; е_о - электрическая постоянная (е_о = 8,85416-10₁₂ Ф/м); е - диэлектрическая проницаемость (величина безразмерная).

Диэлектрическая проницаемость электроизоляционных материалов зависит от интенсивности процессов поляризации, протекающих в диэлектриках под действием приложенного напряжения. Различают четыре основных вида поляризации диэлектриков: электронную, дипольную, ионную и спонтанную.

Электронная поляризация - это упругое смещение электронных оболочек относительно ядра в атомах диэлектрика. Электронная поляризация протекает во всех диэлектриках без исключения.

Дипольная поляризация представляёт собой поворот полярных молекул (диполей). Этот вид поляризации наблюдается только у полярных диэлектриков, состоящих из полярных, электрически заряженных молекул. Диэлектрики же, состоящие из электрически нейтральных молекул, называют неполяриыми диэлектриками.

Диэлектрическая проницаемость электроизоляционных материалов изменяется в зависимости от температуры (рис. 2) и других факторов.

Тангенс угла диэлектрических потерь tg a. Если отрезок металлического проводника один раз включить под постоянное напряжение, а другой - под переменное, действующее значение которого будет равно постоянному напряжению, то потери энергии в том и другрм случае будут одинаковы, т. е. Р_~=Р_-.

Если же такой опыт произвести с диэлектриком, то потери энергии в нем на переменном напряжении будут во много раз больше потерь энергии на постоянном на-пряжении, т. е. Р_~>>Р_-. Потери энергии в диэлектрике на переменном напряжении называют диэлектрическими потерями.

Электрическая прочность Е_пр представляет собой напряженность электрического поля, при которой происходит пробой - разрушение диэлектрика с образованием в нем сквозного канала с очень большой проводимостью. Электрическую прочность диэлектрика, В/м, при пробое его в однородном поле вычесляют по формуле где U_пр - пробивное напряжение, при котором наступает пробой диэлектрика, В; h - толщина диэлетрика в месте пробоя, м.

Ввиду того что диэлектрики пробиваются при очень больших напряжениях (тысячи вольт), значения электрической прочности исчисляют в мегавольтах на метр толщины материала в месте пробоя (МВ/м).

Как правило, Е_пр уменьшается с увеличением толщины диэлектрика и с повышением температуры (рис. 3).