PAŃSTWOWA WYŻSZA SZKOŁA ZAWODOWA W LESZNIE
Inżynieria Materiałowa - Laboratorium
Temat ćwiczenia: Badanie rezystywności dielektryków stałych
Rok akademicki: 2012/2013 Tryb studiów: Dualne Grupa: A
Data wykonania ćwiczenia: 09.10.2012.

1. Wstęp teoretyczny

Dielektryki to ciała stałe, ciekłe i gazowe bardzo słabo przewodzące prąd elektryczny.

Rezystywność dielektryków jest większa od 106 Ω⋅m. W dielektryku nie ma swobodnych elektronów, nie występuje więc przewodzenie elektronowe, jak ma to miejsce w metalach. Przewodzenie ma charakter jonowy. Jest zależne od liczby jonów w jednostce objętości oraz ich ruchliwości. Wielkości te są zależne od natężenia pola elektrycznego oraz czynników dysocjujących. Dielektryki znajdują szerokie zastosowanie w elektrotechnice jako materiały izolacyjne.

Rezystywność (oporność właściwa, opór właściwy) - cecha substancji charakteryzująca opór danego materiału. Liczbowo równa jest oporowi próbki o długości 1 m i polu przekroju poprzecznego 1 m².

Ocenę rezystywności materiałów opiera się na trzech wielkościach:

• rezystywności skrośnej,

• rezystywności powierzchniowej,

• rezystywności wnętrzowej.

Rezystywność skrośna – to stosunek napięcia stałego przyłożonego do elektrod, do wartości ustalonej natężenia prądu płynącego miedzy elektrodami na skroś próbki, z wyłączeniem tej części prądu, która płynie po powierzchni próbki, odniesiony do 1 m² powierzchni elektrody pomiarowej i 1 m grubości próbki. Wyraża się w jednostkach: [Ωm].

Rezystywność powierzchniowa – to stosunek napięcia stałego przyłożonego do elektrod, do wartości ustalonej natężenia prądu płynącego przez warstwę zaadsorbowanej na powierzchni próbki wilgoci, zanieczyszczeń i sadzy, odniesiony do 1 m długości elektrody i do 1 m odległości między elektrodami. Wyraża się w jednostkach: [Ω].

Wyznaczenie rezystywności skrośnej i powierzchniowej wymaga odseparowania

prądu skrośnego i powierzchniowego. Jest to możliwe dzięki zastosowaniu trójelektrodowego układu pomiarowego. Pomiar rezystywności wnętrzowej polega na pomiarze rezystancji miedzy dwoma stożkowymi elektrodami wciśniętymi w znormalizowane otwory.

Pomiar rezystywności powierzchniowej: Pomiar rezystywności skrośnej:

E1 – elektroda pomiarowa (krążek), E1 – elektroda pomiarowa (krążek),

E2 – elektroda napięciowa (pierścień), E2 – elektroda ochronna (pierścień),

E3 – elektroda ochronna (krążek) E3 – elektroda napięciowa (krążek).

SCHEMATY UKŁADÓW DO POMIARU REZYSTYWNOSCI SKROŚNEJ [ a) ] I POWIERZCHNIOWEJ [ b) ]

1. Obliczenia:

Rezystywność skrośną obliczmy ze wzoru:

$$\rho_{v} = R_{v}\frac{S}{g}$$

,gdzie:

ρ _v – rezystywność skrośna [Ωm],

R_v – rezystancja skrośna [Ω],

S – pole powierzchni elektrody [m²],

g – grubość próbki [m].

Nasza elektroda ma średnicę równą ф0,05 m, więc pole powierzchni elektrody S obliczymy ze wzoru:

S = πr²

,gdzie:

π – stała, która wynosi w przybliżeniu ~~ 3,14,

r – promień elektrody, który wynosi połowę średnicy (0,025 m).

Stąd wynika podstawiając dane do wzoru, że pole powierzchni elektrody wynosi: S = 0,0019625 m².

Rezystywność powierzchniową obliczmy ze wzoru:

$$\rho_{s} = \ R_{s}\frac{a}{l}$$

, gdzie:

ρ_s – rezystywność powierzchniowa [Ω],

R_s – rezystancja powierzchniowa [Ω],

a – obwód elektrody środkowej [m],

l – szczelina (odległość między elektrodami paskowymi), która wynosi 0,003 m.

Wzór na obwód elektrody środkowej:

a = 2πr

,gdzie:

π – stała, która wynosi w przybliżeniu ~~ 3,14,

r – promień elektrody, który wynosi połowę średnicy (0,025 m).

Stąd wynika, że obwód elektrody środkowej a wynosi: a = 0,157 m.

Przykładowe obliczenia :

Grubość próbek została odczytana z suwmiarki odczytana w [mm] i przeliczona na metry (dzieląc przez 1000)

Odczyt z miernika 1,85 * 10 * ustawiona wartość 10⁷ = 1,85 * 10⁸ – analogicznie z pozostałymi odczytami z miernika , dane przeniesione po obliczeniu do tabeli.

Dla poliwęglanu , R_v : 1,8 *10¹²

gdzie s = 0,00196

$\rho_{v} = R_{v}\frac{S}{g}$ ρ_v = $1,8\frac{0,00196}{0,00010}$ * 10¹² = 35,28 * 10¹² = ~~ 3,53 * 10¹³

Dla Polichlorka winylu (PCV) , R_s : 5,05*10¹²

gdzie a = 0,157 ; l = 0,003

$\rho_{s} = R_{s}\frac{a}{l}$ ρ_s = $5,05\frac{0,157}{0,003}$ * 10¹² = 264,2833333 * 10¹² = ~~ 2,64 * 1

1. Wyniki pomiarów:

Dla rezystywności skrośnej

Lp.	Materiał	Grubość
		g [m]	U [V]
1.	Preszpan	0,00043	500
2.	Polichlorek winelu (PCV)	0,00014	500
3.	Polietylen (PE)	0,00022	500
4.	Politereftalen etylenu (PTFE)	0,00004	500
5.	Poliwęglan	0,00010	500
6.	Ergoterm	0,00051	500
7.	Rezotekst	0,00096	500
8.	Porcelana	0,00478	500
9.	Papier nawojowy	0,00006	500
10.	Szkło (Plexiglas)	0,00296	500
11.	Szkło	0,00443	500

Dla rezystywności powierzchniowej

Lp.	Materiał	Grubość
		g [m]	U [V]
1.	Preszpan	0,00043	500
2.	Polichlorek winylu (PCV)	0,00014	500
3.	Polietylen (PE)	0,00022	500
4.	Politereftalen etylenu (PTFE)	0,00004	500
5.	Poliwęglan	0,00010	500
6.	Ergoterm	0,00051	500
7.	Rezotekst	0,00096	500
8.	Porcelana	0,00478	500
9.	Papier nawojowy	0,00006	500
10.	Szkło (Plexiglas)	0,00296	500
11.	Szkło	0,00443	500

1. Wnioski:

Ćwiczenie to polegało na bezpośrednim odczytywaniu z wyświetlacza gigaomomierza wartości rezystywności podanych dielektryków przy napięciu stałym 500 V.

Odczytane pomiary są obarczone pewnym błędem, który wynika z określonej dokładności urządzeń pomiarowych.

Na podstawie rezystywności, które zamieściłem w tabeli mogę stwierdzić, że rezystywność materiałów dielektrycznych zależy od ich struktury i składu chemicznego.

Dla niektórych próbek rezystancja zmieniała się skokowo dlatego przyjęliśmy pewien odstęp czasu – t=45s i dokonywaliśmy pomiaru.

+++ dopisać własne wnioski bo za mało się okazało

m.in. porównać który materiał ma najmniejsza a który największą rezystywność i dlaczego.

1. Przyrządy :

Gigaommeter type – GA-2

Uchwyty pomiarowe

Miernik typ I-50/5

Suwmiarka elektroniczna

Próbki materiałów

Kalkulator Casio fx-991ES v