Механизмы электропроводности в твердых изоляционных веществах.

Электропроводность твердых диэлектриков складывается из электронной и ионной проводимостей, причем первая наблюдается в сильных полях. Ток проводимости от направленных ионов обуславливается перемещением ионов примесей и ионов самой структуры, поэтому определяется кривой 3 рисунка 1.8 или узкой областью насыщения от (н до (кр3. В диэлектриках с атомными и молекулярными решетками ток проводимости оценивается только ионами различной примеси, причем при некоторой температуре имеем выражение
( = q n0( uT [Ом-1 см-1],
где q – заряд носителя; n0( - число носителей в 1 объема, см3; uT - подвижность, см3/с.
В ионных кристаллических диэлектриках ток проводимости определяется перемещением ионов одного знака, например, NaCl где по направлению сил электрического поля движутся только положительно заряженные ионы натрия. При высоких температурах в токе проводимости принимают участие ионы другого знака. в этом предположении в зависимости ln( = f(1/T) более крутой спад прямой указывает на то, что ток проводимости при высоких температурах создается ионами обоих знаков и при сильном поле наблюдается электронная проводимость, которая измеряется по формуле Пуля
(` = ( ,
где E – напряженность поля; ( - удельная проводимость в области независимости ( от E или, когда скорость перемещения носителей зарядов пропорциональна E; ( - числовой коэффициент, характеризующий материал.
При напряженности поля, близкой к пробивным значениям более точной оказывается формула Френкеля
(` = ( .

2.2 Электропроводность зарубежных диэлектриков

Твердые тела традиционно разделяются на три класса, когда описываются такие электрические свойства, как электропроводность. Те, кто хорошо проводит электричество, называются проводниками: группа, типичная для металлов. Твердые вещества, которые имеют низкую проводимость электричества, такие, как кремний или многие минералы, были описаны в литературе как полупроводники. Такие материалы, которые не проводили электричество, были известны как диэлектрики или изоляторы. Многие оксиды и большинство полимеры попадают в эту категорию (рис. 1) [7].
Такое разделение слишком грубо, чтобы охватить широкий диапазон электрических свойств, которые сейчас известен. Вполне возможно превратить изоляционный оксид в очень хороший проводник и металлические полимеры хорошо известны. Однако историческое разделение полезно в широком смысле слова и сохраняется на сегодняшний день.
При этом также исследуют относительную диэлектрическую проницаемость и поляризацию. Применение изоляторов объясняется с точки зрения химической связи как твердые тела, в которых внешние свойства электропроводности зависят от структуры. Они локализованные в сильных связях, если материал имеет ковалентное соединение, или же ограничивается областью, близкой к атомному ядру, если соединение должно быть ионным. В любом случае, эти электроны оказались локализованными и не могут перейти от одного региона к другому. Изоляционные материалы часто называемых диэлектриками, или твердыми изоляционными веществами. Один из наиболее важных параметров, используемых для описания качеств и свойств изолятора, является диэлектрическая проницаемость, называемая также относительной диэлектрической проницаемостью. При этом диэлектрики образуют рабочий материал в конденсаторах. Конденсатор состоит из двух параллельных металлических пластин, разделенных диэлектриком. Если мы организуем два пластины, подключаемые к батарее, определенную величину заряда накапливается на пластинах (рис. 2).














Рисунок 1 – Диапазон электронной проводимости в твердые вещества.









Рисунок 2 – Внешний вид конденсатора

3 Описание одного из механизмов электропроводности в твердых изоляционных веществах

Одним из таких механизмов является изучение пробоя твердых диэлектриков. Он имеет экстерн в исследованиях по изоляционным материалам. В этом случае твердые частицы постоянно повреждаются, а газы полностью (жидкости частично) восстанавливают свою диэлектрическую прочность после удаления приложенного электрического поля. Механизм пробоя является сложным явлением в случае твердых тел и изменяется в зависимости от времени применение напряжения, как показано на рис. 3.















Рисунок 3 – Процесс изменения прочности пробоя со временем после приложения напряжения

Теория элементарных зон твердых тел при применении к полупроводникам и изоляторам приводит к ситуации, в которой зона проводимости и валентные зоны разделены зоной запрещенной энергией, которая существует больше в изоляторах, чем в полупроводниках. В идеальном диэлектрике запрещенный разрыв не может содержать никаких электронов; однако наличие примесных центров и структурных нарушений приводит к локализованным состояниям между зоной проводимости и валентной зоной.
На рис. 4 суммируется зонная теория твердых тел, объясняющая различия между проводниками, полупроводниками и изоляторами.











Рисунок 4 – Схематическое представление теории зон для проводимости в металлах, полупроводниках и изоляторах



Заключение

В заключении отметить, что применение твердых изоляционных веществах в материаловедении и электротехники очень важно как в отечественных исследованиях, так и в зарубежных. При этом могут возникать различные ситуации, где можно их применять. Также важно исследовать в таких случаях механизмы электропроводности, поскольку если не определить, что материал является изолятором, то в таком случае очень сложно будет рекомендовать его вообще, как диэлектрик.
В данной работе достигнута основная цель – описаны механизмы электропроводности в твердых изоляционных веществах.
В данном реферате были решены следующие задачи:
приведены основные понятия, связанные с твердыми изоляционными материалами;
описана электропроводность в твердых изоляционных материалах.
Также в процессе написания реферата были использованы современные и классические источники литературы и глобальной сети Internet.


Список использованной литературы

Электропроводность – Википедия [Электронный ресурс]. – Режим доступа : https://ru.wikipedia.org/wiki/Электроводность, свободный. – Загл. с экрана.
Raju G.G. Dielectrics in Electric Fields. 2nd Edition. — Taylor & Francis Group, LLC, 2017. — 774 p.
Игнатова О.А. Технология изоляционных строительных материалов и изделий. В 2 ч. Часть 2. Тепло - и гидроизоляционные материалы и изделия. Учебное пособие для студентов учреждений высшего профессионального образования. - М.: «Академия», 2012. — 288 с.
Изоляционные материалы – Википедия [Электронный ресурс]. – Режим доступа : https://ru.wikipedia.org/wiki/Изоляционные_материалы, свободный. – Загл. с экрана.
Гинзбург Л.Д. Твердая изоляция высоковольтных конструкций внутренних установок. СП6.: Энергоатомиздат. Санкт-Петербург. отделение, 1992. — 274 с.
Агеева Н.Д., Лифанов В.Н., Винаковская Н.Г. Электротехническое материаловедение. Учебное пособие. Арсеньев, Арсеньевский технологический институт (филиал) ДВГТУ, 2008, 109с.
Ushakov V.Y. Insulation of high-voltage equipment. Monograph. — Springer, 2010. — 429 p.
Tilley R.J.D. Understanding Solids: The Science of Materials. 2nd Edition. — Wiley, 2013. — 585 p.









2