Material mit ziemlich hohem Widerstand, lässt aber Ladungsfluss zu

Vereinfacht gesagt erfolgt die Entladung mit einer Zeitkonstante (gemessen in Sekunden, Stunden, Mikrosekunden usw.), die vom Produkt aus Kapazität und Widerstand abhängt.

Die Kapazität eines leitfähigen Objekts in Luft hängt hauptsächlich von seiner Oberfläche ab. Eine isolierte Kugel mit Radius R hat eine Kapazität von$4\pi\epsilon_0R$.

Der Widerstand ist abhängig von der Kontaktfläche und dem spezifischen Widerstand$\rho$des Materials.

Obwohl die Geometrie sicherlich eine Rolle spielt, kann man also sagen, dass für eine gegebene Geometrie in Luft die Entladungszeitkonstante umgekehrt proportional zum spezifischen Widerstand des Materials ist. Der spezifische Widerstand ist eine grundlegende Materialeigenschaft, die Sie in einem Diagramm oder im Internet nachschlagen können.

Denken Sie daran, dass die Entladung ein exponentieller Abfall ist. Es macht nicht viel Sinn zu sagen, dass es vollständig entladen ist, aber nach 10 Zeitkonstanten bleiben vielleicht 50 Teile in 1.000.000 der ursprünglichen Ladung übrig ($e^{-10}$wenn du es schaffen willst).

Achten Sie darauf, dass Materialien, die anständige Isolatoren sind, dazu neigen, eine breite Palette möglicher spezifischer Widerstände zu haben.

Z.B.

Glas :$10^{11} \text { to } 10^{15}$Ω·m

Hartgummi : ~$10^{13}$Ω·m

Acryl :$2\cdot 10^{15} \text { to } 1.4\cdot 10^{16}$Ω·m

Es ist also ziemlich einfach, einen Widerstandsunterschied von einer oder zwei Größenordnungen zu erhalten. Der Widerstand von Isolatoren ist in der Regel sehr temperaturabhängig. Glas ist bei 1500 °C etwa so leitfähig wie feuchtes Holz, etwa 250 Milliarden Mal leitfähiger als bei Raumtemperatur.

Das Obige geht davon aus, dass der Volumenwiderstand dominiert. Wenn die Oberfläche mit etwas relativ Leitfähigem beschichtet ist, ändern sich die Dinge dramatisch. Es gibt verschiedene Arten von Antistatiksprays, die solche Rückstände hinterlassen sollen. Einige von ihnen sind näher an Metallen und andere haben einen so hohen spezifischen Widerstand, dass sie nicht mit einem gewöhnlichen Multimeter gemessen werden können.

Auf dem Boden liegt ein Stück Gummi und ein Stück Glas, beide gleich in Größe und Widerstand. Ich lade beide statisch auf, und der Gummi entlädt sich (vermutlich auf Masse) viel schneller als Glas. Wie nennt man diese materielle Eigenschaft?

Der Gummi hat eine höhere Leitfähigkeit (oder einen geringeren spezifischen Widerstand) als das Glas.

Es gibt eine große Bandbreite an Leitfähigkeiten von Materialien, die von sehr gut (Metalle) bis sehr schlecht (auch bekannt als gute Isolatoren) reichen, wie die meisten Kunststoffe, Gläser, Keramiken, und eine Reihe von schlechten in der Mitte (Holz, Gummi, undotierte Halbleiter, rein). Wasser, Antistatikbeutel).

„Gummi“ könnte aufgrund der Art und Weise, wie es hergestellt wird, eine große eigene Bandbreite haben, da es oft durch Zugabe von Kohlenstoff schwärzer gemacht wird. Ich musste einmal ein paar speziell geformte Netzsteckerteile ablehnen, weil ein unerfahrener Arbeiter in der Formerei dachte, das Gummi sei „nicht schwarz genug“, und etwas Kohlenstoff in die Mischung hievte, um es besser aussehen zu lassen.

Manchmal ist es notwendig, zwischen Volumenleitfähigkeit und Oberflächenleitfähigkeit zu unterscheiden. Ein hochwertiger Isolator kann Ladung über die Oberfläche abgeben, wenn Schmutz oder die Salze von Fingerabdrücken Feuchtigkeit an die Oberfläche ziehen. Eine Plastiktüte kann „antistatisch“ gemacht werden, indem sie mit einer leitfähigen Schicht beschichtet wird. In Hochfrequenzschaltungen tendiert Strom dazu, auf der Oberfläche von Metallleitern zu fließen, ohne in die Masse einzudringen.