נפח ספציפי והתנגדות פני השטח של דיאלקטרי מוצק

בדיקת דגימה מוצקה דיאלקטרי, ניתן להבחין בשני נתיבים אפשריים ביסודו לזרימת זרם חשמלי: על פני השטח של דיאלקטרי נתון ודרך נפחו. מנקודת מבט זו, ניתן להעריך את יכולתו של הדיאלקטרי להוליך זרם חשמלי בכיוונים אלו, תוך שימוש במושגים של התנגדות פני השטח והנפח.

התנגדות בתפזורת זוהי ההתנגדות שמפגין דיאלקטרי כאשר זרם ישר זורם בנפח שלו.

התנגדות פני השטח - זוהי ההתנגדות שמפגין דיאלקטרי כאשר זרם ישר זורם על פני השטח שלו. התנגדות פני השטח ותפזורת נקבעות בניסוי.

הערך של התנגדות הנפח הספציפית של דיאלקטרי שווה מספרית להתנגדות של קובייה העשויה מאותו דיאלקטרי, שקצהו באורך של מטר אחד, בתנאי שזרם ישר זורם דרך שני הצדדים הנגדיים שלו.

ברצונו למדוד את ההתנגדות בתפזורת של דיאלקטרי, הנסיין מדביק אלקטרודות מתכת לצדדים מנוגדים של מדגם דיאלקטרי מעוקב.

שטח האלקטרודות נלקח שווה ל-S ועובי הדגימה נלקח h. בניסוי, האלקטרודות מותקנות בתוך טבעות מתכת מגן, אשר בהכרח מוארקות על מנת לבטל את השפעת זרמי השטח על דיוק המדידות.

כאשר האלקטרודות וטבעות ההגנה מותקנות בהתאם לכל תנאי הניסוי המתאימים, מתח קבוע U מופעל על האלקטרודות ממקור מתח קבוע מכויל ומוחזק למשך 3 דקות, כך שתהליכי הקיטוב במדגם הדיאלקטרי יושלמו בהחלט.

לאחר מכן, מבלי לנתק את מקור מתח DC, למדוד את המתח והזרם קדימה באמצעות מד מתח ומיקרו-אמפר. התנגדות הנפח של המדגם הדיאלקטרי מחושבת לאחר מכן באמצעות הנוסחה הבאה:

התנגדות נפח נמדדת באוהם.

מכיוון ששטח האלקטרודות ידוע, הוא שווה ל-S, גם עובי הדיאלקטרי ידוע, הוא שווה ל-h, והתנגדות הנפח Rv נמדדה זה עתה, כעת ניתן למצוא את התנגדות הנפח של הדיאלקטרי (נמדד באוהם * מ'), תוך שימוש בנוסחה הבאה:

כדי למצוא את התנגדות פני השטח של דיאלקטרי, מצא תחילה את התנגדות פני השטח של מדגם ספציפי. לשם כך, שתי אלקטרודות מתכת באורך l מודבקות על המדגם במרחק d ביניהן.

לאחר מכן מופעל מתח קבוע U ממקור מתח קבוע על האלקטרודות המחוברות, אשר נשמר למשך 3 דקות כך שסביר להניח שתהליכי הקיטוב בדגימה יסתיימו, והמתח נמדד עם מד מתח והזרם עם מד זרם .

לבסוף, התנגדות פני השטח באוהם מחושבת באמצעות הנוסחה:

כעת, כדי למצוא את התנגדות פני השטח הספציפית של דיאלקטרי, יש צורך לצאת מהעובדה שהיא שווה מבחינה מספרית להתנגדות פני השטח של המשטח המרובע של חומר נתון, אם הזרם זורם בין האלקטרודות המותקנות בצידי הריבוע הזה. אז התנגדות פני השטח הספציפית תהיה שווה ל:

התנגדות פני השטח נמדדת באוהם.

התנגדות פני השטח הספציפית של דיאלקטרי היא מאפיין של חומר דיאלקטרי ותלויה בהרכב הכימי של הדיאלקטרי, הטמפרטורה הנוכחית שלו, הלחות והמתח המופעל על פני השטח שלו.

היובש של המשטח הדיאלקטרי משחק תפקיד עצום. שכבת המים הדקה ביותר על פני הדגימה מספיקה כדי להראות מוליכות ניכרת, שתהיה תלויה בעובי של שכבה זו.

מוליכות פני השטח נובעת בעיקר מנוכחות של זיהומים, פגמים ולחות על פני השטח של הדיאלקטרי. דיאלקטריות נקבוביות וקוטביות רגישות יותר ללחות מאחרות. התנגדות פני השטח הספציפית של חומרים כאלה קשורה לערך הקשיות ולזווית מגע ההרטבה הדיאלקטרית.

להלן טבלה שממנה ניכר כי לדיאלקטריים קשים יותר עם זווית מגע קטנה יותר יש התנגדות משטח ספציפית נמוכה יותר במצב רטוב. מנקודת מבט זו, דיאלקטריות מחולקות להידרופובי והידרופילי.

דיאלקטריים לא קוטביים הינם הידרופוביים ואינם נרטבים במים כאשר פני השטח נקיים. מסיבה זו, גם אם דיאלקטרי כזה ממוקם בסביבה לחה, התנגדות פני השטח שלו כמעט לא תשתנה.

הדיאלקטריים הקוטביים והיוניים ביותר הינם הידרופיליים ובעלי יכולת הרטבה. אם דיאלקטרי הידרופילי ממוקם בסביבה רטובה, התנגדות פני השטח שלו תפחת. מזהמים שונים ייצמדו בקלות למשטח הרטוב, מה שיכול גם לתרום להפחתת עמידות פני השטח.

יש גם דיאלקטריות ביניים, אלה כוללות חומרים קוטביים חלשים כגון lavsan.

אם בידוד רטוב מחומם, התנגדות פני השטח שלו עלולה להתחיל לעלות ככל שהטמפרטורה עולה. כאשר הבידוד יבש, ההתנגדות עלולה לרדת. טמפרטורות נמוכות תורמות לעלייה בהתנגדות פני השטח של הדיאלקטרי במצב מיובש ב-6-7 סדרי גודל, בהשוואה לאותו חומר, רק רטוב.

כדי להגביר את התנגדות פני השטח של הדיאלקטרי, הם פונים לשיטות טכנולוגיות שונות. לדוגמה, ניתן לשטוף את הדגימה בממס או במים מזוקקים רותחים, בהתאם לסוג הדיאלקטרי, או לחמם לטמפרטורה גבוהה מספיק, לכסות בלכה עמידה בפני לחות, זיגוג, לשים במעטפת מגן, מארז, וכו ' .