液體電介質(zhì)的電導(dǎo)

2.2.1液體電介質(zhì)的離子電導(dǎo)2.2.2液體電介質(zhì)的電泳電導(dǎo)與華爾屯定律2.2.3液體電介質(zhì)在強(qiáng)電場(chǎng)下的電導(dǎo)2.2液體電介質(zhì)的電導(dǎo)返回本征離子是指由組成液體本身的根本分子熱離解而產(chǎn)生的離子。雜質(zhì)離子是指由外來(lái)雜質(zhì)分子或液體的根本分子老化的產(chǎn)物離解而生成的離子。極性液體分子和雜質(zhì)分子在液體中僅有極少的一局部離解成為離子，可能參與導(dǎo)電。2.2.1液體電介質(zhì)的離子電導(dǎo)1.液體電介質(zhì)中離子的來(lái)源離子電導(dǎo)可分為本征離子電導(dǎo)和雜質(zhì)離子電導(dǎo)。

液體分子之間的距離遠(yuǎn)小于氣體而與固體相接近，其微觀結(jié)構(gòu)與非晶態(tài)固體類(lèi)似，液體分子的結(jié)構(gòu)具有短程有序性。另一方面，液體分子的熱運(yùn)動(dòng)比固體強(qiáng)，分子有強(qiáng)烈的遷移現(xiàn)象。可以認(rèn)為液體中的分子在一段時(shí)間內(nèi)是與幾個(gè)鄰近分子束縛在一起，在某一平衡位置附近作振動(dòng)；而在另一段時(shí)間，分子因碰撞得到較大的動(dòng)能，使它與相鄰分子分開(kāi)，遷移至與分子尺寸可相比較的一段路徑后，再次被束縛。液體中的離子所處的狀態(tài)與分子相似，可用如圖2-5的勢(shì)能圖來(lái)描述液體中離子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。2.液體電介質(zhì)中的離子遷移率設(shè)離子為正離子，它們處于A、B、C等勢(shì)能最低的位置上作振動(dòng)，其振動(dòng)頻率為υ，當(dāng)離子的熱振動(dòng)能超過(guò)鄰近分子對(duì)它的束縛勢(shì)壘時(shí)，離子即能離開(kāi)其穩(wěn)定位置而遷移，這種由于熱振動(dòng)而引起離子的遷移，在無(wú)外電場(chǎng)作用時(shí)也是存在的。

圖2-5液體電介質(zhì)中的離子勢(shì)能圖圖2-6液體電介質(zhì)中離子躍遷時(shí)所要克服的勢(shì)壘模型(a)無(wú)外電場(chǎng)時(shí)(b)有外電場(chǎng)時(shí)設(shè)離子帶正電荷q，電場(chǎng)強(qiáng)度沿x正方向。離子由A向B遷移所需克服的勢(shì)壘將降低，而由B向A遷移所需克服的勢(shì)壘相反將上升Δu，如圖2-6所示，即

(2-6)

3.液體電介質(zhì)電導(dǎo)率與溫度的關(guān)系

一般工程純液體介質(zhì)在常溫下主要是雜質(zhì)離子電導(dǎo)，此時(shí)(2-7)當(dāng)外加電場(chǎng)強(qiáng)度遠(yuǎn)小于擊穿場(chǎng)強(qiáng)時(shí)，液體介質(zhì)的離子電導(dǎo)率是常數(shù)。而電導(dǎo)率隨溫度的增加如式(2-7)所示?？珊雎韵禂?shù)項(xiàng)隨溫度的變化，近似寫(xiě)成

(2-8)(2-9)即lnγ與（1/T）的關(guān)系具有線性關(guān)系。返回2.2.2液體電介質(zhì)的電泳電導(dǎo)與華爾屯定律工程應(yīng)用中，液體介質(zhì)中參加的樹(shù)脂局部可能呈膠粒狀懸浮在液體介質(zhì)中，形成膠體溶液，此外，水分進(jìn)入某些液體介質(zhì)也可能造成乳化狀態(tài)的膠體溶液。膠粒均帶有一定的電荷，當(dāng)膠粒的介電常數(shù)大于液體的介電常數(shù)時(shí)，膠粒帶正電；反之，帶負(fù)電。膠粒相對(duì)于液體的電位一般是恒定的〔約為0.05～0.07V〕，在電場(chǎng)作用下定向的遷移構(gòu)成“電泳電導(dǎo)〞。膠粒為液體介質(zhì)中導(dǎo)電的載流子之一。

設(shè)膠粒呈球形，球體半徑r，液體的相對(duì)介電常數(shù)為，膠粒的帶電量q，它在電場(chǎng)E的作用下，受到的電場(chǎng)力為

(2-10)電泳電導(dǎo)率

(2-11)

η—液體電介質(zhì)的黏度。

在n0、εr、U0、r保持不變的情況下，γη將為一常數(shù)，這一關(guān)系稱(chēng)為華爾屯〔Walden〕定律。定律說(shuō)明，某些液體介質(zhì)的電泳電導(dǎo)率和粘度雖然都與溫度有關(guān)，但電泳電導(dǎo)率與粘度的乘積那么可能為一與溫度無(wú)關(guān)的常數(shù)。(2-12)返回2.2.3液體電介質(zhì)在強(qiáng)電場(chǎng)下的電導(dǎo)弱電場(chǎng)區(qū)，液體介質(zhì)的電流正比于電場(chǎng)強(qiáng)度，遵循歐姆定律，E≥107V/m的強(qiáng)電場(chǎng)區(qū)，電流隨電場(chǎng)強(qiáng)度呈指數(shù)關(guān)系增長(zhǎng)，除極純潔的液體介質(zhì)外，一般不存在明顯的飽和電流區(qū)〔見(jiàn)圖2-7〕。圖2-7純潔二甲苯的電流與電場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系

液體介質(zhì)在強(qiáng)電場(chǎng)區(qū)(E≥E2)的電流密度按指數(shù)規(guī)律隨電場(chǎng)強(qiáng)度增加而增加，即

(2-13)式中，--為液體介質(zhì)在場(chǎng)強(qiáng)時(shí)的電流密度；C--常數(shù)。式(2-13)可用離子遷移率和離子離解度在強(qiáng)電場(chǎng)中的增加來(lái)說(shuō)明。在E>2kT/qδ的強(qiáng)電場(chǎng)區(qū)，離子遷移率隨場(chǎng)強(qiáng)增加而增加，可寫(xiě)為(2-14)

以時(shí)的電流密度代入上式，那么有(2-15)式中

式(2-15)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相似，但如以估算，E2≈5×108V/m，與實(shí)驗(yàn)結(jié)果約高一個(gè)數(shù)量級(jí)。(2-14)

離子離解度和離子濃度在強(qiáng)電場(chǎng)下亦會(huì)增加，那么

(2-16)

此時(shí)n0、j隨呈指數(shù)關(guān)系增加，與式(2-13)不符。因此把液體介質(zhì)在強(qiáng)場(chǎng)下電導(dǎo)的激增歸之于離子電導(dǎo)看來(lái)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果不符。圖2-8說(shuō)明液體介質(zhì)在強(qiáng)電場(chǎng)下的電導(dǎo)可能是電子電導(dǎo)所引起的。