Volumen específico y resistencia superficial de dieléctricos sólidos
Examen de una muestra sólida dieléctrico, es posible distinguir dos caminos fundamentalmente posibles para el flujo de corriente eléctrica: sobre la superficie de un dieléctrico dado ya través de su volumen. Desde este punto de vista, es posible evaluar la capacidad del dieléctrico para conducir la corriente eléctrica en estas direcciones, utilizando los conceptos de resistencia superficial y volumétrica.
resistencia a granel Es la resistencia que exhibe un dieléctrico cuando una corriente continua fluye a través de su volumen.
Resistencia superficial — Esta es la resistencia que exhibe un dieléctrico cuando una corriente continua fluye a través de su superficie. La resistividad superficial y global se determina experimentalmente.
El valor de la resistividad volumétrica específica de un dieléctrico es numéricamente igual a la resistencia de un cubo hecho de ese dieléctrico, cuya arista mide 1 metro de largo, siempre que por sus dos lados opuestos fluya una corriente continua.
Queriendo medir la resistencia a granel de un dieléctrico, el experimentador coloca electrodos metálicos en lados opuestos de una muestra dieléctrica cúbica.
El área de los electrodos se toma igual a S y el espesor de la muestra se toma h. En el experimento, los electrodos se instalan dentro de anillos protectores de metal, que necesariamente están conectados a tierra para eliminar la influencia de las corrientes superficiales en la precisión de las mediciones.
Cuando los electrodos y los anillos de protección se instalan de acuerdo con todas las condiciones experimentales apropiadas, se aplica un voltaje constante U a los electrodos desde una fuente de voltaje constante calibrada y se mantiene durante 3 minutos, de modo que los procesos de polarización en la muestra dieléctrica ciertamente se completen.
Luego, sin desconectar la fuente de voltaje de CC, mida el voltaje y la corriente directa con un voltímetro y un microamperímetro. La resistividad volumétrica de la muestra dieléctrica se calcula luego usando la siguiente fórmula:
La resistencia de volumen se mide en ohmios.
Como se conoce el área de los electrodos, es igual a S, también se conoce el espesor del dieléctrico, es igual a h, y se acaba de medir la resistencia de volumen Rv, ahora puede encontrar la resistividad de volumen de el dieléctrico (medido en Ohm * m), utilizando la siguiente fórmula:
Para encontrar la resistividad superficial de un dieléctrico, primero encuentre la resistividad superficial de una muestra específica. Para ello, se pegan a la muestra dos electrodos metálicos de longitud l a una distancia d entre ellos.
Luego se aplica un voltaje constante U de una fuente de voltaje constante a los electrodos unidos, que se mantiene durante 3 minutos para que los procesos de polarización en la muestra terminen, y el voltaje se mide con un voltímetro y la corriente con un amperímetro. .
Finalmente, la resistencia superficial en ohmios se calcula mediante la fórmula:
Ahora bien, para encontrar la resistencia superficial específica de un dieléctrico, es necesario partir del hecho de que es numéricamente igual a la resistencia superficial de la superficie cuadrada de un material dado, si la corriente fluye entre los electrodos montados a los lados de esta plaza Entonces la resistencia superficial específica será igual a:
La resistencia superficial se mide en ohmios.
La resistencia superficial específica de un dieléctrico es una característica de un material dieléctrico y depende de la composición química del dieléctrico, su temperatura actual, la humedad y el voltaje aplicado a su superficie.
La sequedad de la superficie dieléctrica juega un papel muy importante. La capa más fina de agua sobre la superficie de la muestra es suficiente para mostrar una conductividad apreciable, que dependerá del espesor de esta capa.
La conductividad superficial se debe principalmente a la presencia de impurezas, defectos y humedad en la superficie del dieléctrico. Los dieléctricos porosos y polares son más susceptibles a la humedad que otros. La resistencia superficial específica de dichos materiales está relacionada con el valor de dureza y el ángulo de contacto de humectación dieléctrica.
A continuación se muestra una tabla de la que resulta evidente que los dieléctricos más duros con un ángulo de contacto más pequeño tienen una resistividad superficial específica más baja en estado húmedo. Desde este punto de vista, los dieléctricos se dividen en hidrofóbicos e hidrofílicos.
Los dieléctricos no polares son hidrofóbicos y no se mojan con agua cuando la superficie está limpia. Por esta razón, incluso si dicho dieléctrico se coloca en un ambiente húmedo, su resistencia superficial prácticamente no cambiará.
Los dieléctricos polares y la mayoría de los iónicos son hidrofílicos y tienen humectabilidad. Si se coloca un dieléctrico hidrofílico en un ambiente húmedo, su resistencia superficial disminuirá. Varios contaminantes se adhieren fácilmente a la superficie húmeda, lo que también puede contribuir a una reducción de la resistencia de la superficie.
También hay dieléctricos intermedios, estos incluyen materiales débilmente polares como el lavsan.
Si se calienta el aislamiento húmedo, su resistencia superficial puede comenzar a aumentar a medida que aumenta la temperatura. Cuando el aislamiento está seco, la resistencia puede disminuir. Las bajas temperaturas contribuyen a un aumento de la resistencia superficial del dieléctrico en estado seco en 6-7 órdenes de magnitud, en comparación con el mismo material, solo húmedo.
Para aumentar la resistencia superficial del dieléctrico, recurren a varios métodos tecnológicos. Por ejemplo, la muestra puede lavarse en un solvente o en agua destilada hirviendo, según el tipo de dieléctrico, o calentarse a una temperatura suficientemente alta, cubrirse con un barniz resistente a la humedad, glaseado, colocarse en una cubierta protectora, estuche, etc. .