Volume spécifique et résistance de surface des diélectriques solides
Examen d'un échantillon solide diélectrique, il est possible de distinguer deux chemins fondamentalement possibles pour la circulation du courant électrique : sur la surface d'un diélectrique donné et à travers son volume. De ce point de vue, il est possible d'évaluer la capacité du diélectrique à conduire le courant électrique dans ces directions, en utilisant les notions de résistance surfacique et volumique.
Résistance en vrac C'est la résistance qu'un diélectrique présente lorsqu'un courant continu traverse son volume.
Résistance superficielle — C'est la résistance qu'un diélectrique présente lorsqu'un courant continu traverse sa surface. Les résistivités de surface et de masse sont déterminées expérimentalement.
La valeur de la résistivité volumique spécifique d'un diélectrique est numériquement égale à la résistance d'un cube constitué de ce diélectrique, dont l'arête mesure 1 mètre de long, à condition qu'un courant continu parcoure ses deux côtés opposés.
Voulant mesurer la résistance globale d'un diélectrique, l'expérimentateur colle des électrodes métalliques sur les côtés opposés d'un échantillon diélectrique cubique.
La surface des électrodes est prise égale à S et l'épaisseur de l'échantillon est prise h. Dans l'expérience, les électrodes sont installées à l'intérieur d'anneaux métalliques de protection, qui sont nécessairement mis à la terre afin d'éliminer l'influence des courants de surface sur la précision des mesures.
Lorsque les électrodes et les anneaux de garde sont installés conformément à toutes les conditions expérimentales appropriées, une tension constante U est appliquée aux électrodes à partir d'une source de tension constante calibrée et maintenue pendant 3 minutes, de sorte que les processus de polarisation dans l'échantillon diélectrique sont certainement terminés.
Ensuite, sans déconnecter la source de tension continue, mesurez la tension et le courant direct à l'aide d'un voltmètre et d'un microampèremètre. La résistivité volumique de l'échantillon diélectrique est alors calculée à l'aide de la formule suivante :
La résistance volumique est mesurée en ohms.
Comme la surface des électrodes est connue, elle est égale à S, l'épaisseur du diélectrique est également connue, elle est égale à h, et la résistance volumique Rv vient d'être mesurée, vous pouvez maintenant trouver la résistivité volumique de le diélectrique (mesuré en Ohm * m), en utilisant la formule suivante :
Pour trouver la résistivité de surface d'un diélectrique, trouvez d'abord la résistivité de surface d'un échantillon spécifique. A cet effet, deux électrodes métalliques de longueur l sont collées sur l'échantillon à une distance d entre elles.
Une tension constante U provenant d'une source de tension constante est ensuite appliquée aux électrodes collées, qui est maintenue pendant 3 minutes afin que les processus de polarisation dans l'échantillon soient susceptibles de se terminer, et la tension est mesurée avec un voltmètre et le courant avec un ampèremètre .
Enfin, la résistance de surface en ohms est calculée à l'aide de la formule :
Or, pour trouver la résistance superficielle spécifique d'un diélectrique, il faut partir du fait qu'elle est numériquement égale à la résistance superficielle de la surface carrée d'un matériau donné, si le courant circule entre les électrodes montées sur les côtés de ce carré. Alors la résistance spécifique de surface sera égale à :
La résistance de surface est mesurée en ohms.
La résistance de surface spécifique d'un diélectrique est une caractéristique d'un matériau diélectrique et dépend de la composition chimique du diélectrique, de sa température actuelle, de son humidité et de la tension appliquée à sa surface.
La sécheresse de la surface diélectrique joue un rôle énorme. La couche d'eau la plus fine à la surface de l'échantillon suffit à montrer une conductivité appréciable, qui dépendra de l'épaisseur de cette couche.
La conductivité de surface est principalement due à la présence d'impuretés, de défauts et d'humidité à la surface du diélectrique. Les diélectriques poreux et polaires sont plus sensibles à l'humidité que les autres. La résistance de surface spécifique de ces matériaux est liée à la valeur de dureté et à l'angle de contact de mouillage diélectrique.
Ci-dessous se trouve un tableau à partir duquel il est évident que les diélectriques plus durs avec un angle de contact plus petit ont une résistivité de surface spécifique inférieure à l'état humide. De ce point de vue, les diélectriques sont divisés en hydrophobes et hydrophiles.
Les diélectriques non polaires sont hydrophobes et ne se mouillent pas avec de l'eau lorsque la surface est propre. Pour cette raison, même si un tel diélectrique est placé dans un environnement humide, sa résistance de surface ne changera pratiquement pas.
Les diélectriques polaires et la plupart des diélectriques ioniques sont hydrophiles et ont une mouillabilité. Si un diélectrique hydrophile est placé dans un environnement humide, sa résistance de surface diminuera. Divers contaminants adhèrent facilement à la surface humide, ce qui peut également contribuer à une réduction de la résistance de surface.
Il existe également des diélectriques intermédiaires, notamment des matériaux faiblement polaires tels que le lavsan.
Si l'isolant humide est chauffé, sa résistance de surface peut commencer à augmenter à mesure que la température augmente. Lorsque l'isolant est sec, la résistance peut diminuer. Les basses températures contribuent à augmenter la résistance de surface du diélectrique à l'état sec de 6 à 7 ordres de grandeur, par rapport au même matériau, uniquement humide.
Pour augmenter la résistance de surface du diélectrique, ils recourent à diverses méthodes technologiques. Par exemple, l'échantillon peut être lavé dans un solvant ou dans de l'eau distillée bouillante, selon le type de diélectrique, ou chauffé à une température suffisamment élevée, recouvert d'un vernis résistant à l'humidité, d'une glaçure, placé dans une coque de protection, un étui, etc. .