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第二章 电介质理论(一)

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电磁学02静电场中的导体与介质

电磁学02静电场中的导体与介质

A q -q
-q+q
UA
q'
4 0 R0
q ' 4 0R1
q q '
4 0 R2
0
可得 q ( q) 1(9略)
例4 接地导体球附近有一点电荷,如图所示。
求:导体上感应电荷的电量
R
解: 接地 即 U0
o
感应电荷分布在表面，
l
q
电量设为:Q’（分布不均匀！）
由导体等势，则内部任一点的电势为0
选择特殊点：球心o计算电势，有：
1) Dds
S
1 (
r
1) q0内
l i mq内
V0V
1 (
r
1) limq0内 V0V
1 (
r
1)0
00 0。 40
[例2] 一无限大各向同性均匀介质平板厚度为 d
表明：腔内的场与腔外(包括壳的外表面)
物理 内涵
的电荷及分布无关。
在腔内 E 腔 外表 E 腔 面外 0带
电 量 的电 体 的
二.腔内有带电体时
q
① 带电量： Q腔内 q （用高斯定理易证）
表面
23
② 腔内的电场： 不为零。
由空腔内状况决定，取决于：
*腔内电量q；
*腔内带电体及腔内壁的 几何因素、介质。
平行放置一无限大的不带电导体平板。
0 1 2 求：导体板两表面的面电荷密度。
E２ • E１ 解: 设导体电荷密度为 1、 2 ，
E0 电荷守恒： 1 + 2 = 0
(1)
导体内场强为零：E0 +E1‐E2 = 0
0 1 2 0 20 20 20
（1）、（2）解得：

电介质理论(一)资料课件

电介质理论(一)资料课件

01
02
03
分子极性
分子极性是影响介电常数 的重要因素，极性分子容 易在电场中发生取向极化 ，导致介电常数增大。
温度
温度对介电常数有一定影 响，温度升高，分子热运 动增强，减弱了取向极化 ，导致介电常数减小。
频率
对于一些电介质，介电常 数会随频率的变化而变化 ，这种现象称为频率依赖 性。
介电常数的测量方法
电介质理论(一)资料课件
目 录
• 电介质的基本性质 • 电介质材料的介电常数 • 电介质在电场中的行为 • 电介质在电磁场中的性能 • 电介质材料的应用
01
电介质的基本性质
电介质的定义与分类
总结词
电介质是能够被电场极化的物质，通常分为绝缘体、半导体 和电解质。
详细描述
电介质在电场的作用下，内部电荷会发生重新排列，形成与 外电场相反的极化电场，从而降低原电场强度。电介质根据 其导电性质不同可分为绝缘体、半导体和电解质等。
电介质的击穿与耐压特性
总结词
电介质的击穿是指电介质在电场作用下 失去绝缘性能的现象，而耐压特性则是 指电介质能够承受的最大电场强度。
VS
详细描述
当电场强度超过某一临界值时，电介质会 发生击穿，导致电流的突然增加和绝缘性 能的丧失。电介质的耐压特性与其组成、 结构和工艺等因素有关，是评估其电气性 能的重要指标之一。了解和掌握电介质的 击穿与耐压特性对于电力电子、电机控制 、高压输电等领域具有重要意义。
电容法
通过测量电容器电容值的变化来计算介电常数。首先将待测电介质填充在平行 板电容器的两极板之间，然后施加电压并测量电容值，根据公式计算介电常数 。
共振法
利用共振原理测量介电常数。当电介质置于交变电场中时，会产生感应电流， 当交变电场的频率与共振频率一致时，会产生共振，此时测量共振频率即可计 算出介电常数。

电介质理论(一)课件

电介质理论(一)课件
击穿的特性
击穿电压是电介质的重要电气性能参数，它反映了电介质在 强电场下的耐受能力。击穿电压的大小与电场强度、电介质 厚度、温度、湿度等因素有关。
击穿的微观机制
电极过程
在强电场的作用下，电介质中的 电子或离子在电极表面附近聚集 形成空间电荷层，形成导电通道
，导致电介质击穿。
热击穿
电介质在强电场作用下，内部热量 积累导致温度升高，当温度达到电 介质的热分解温度或熔点时，电介 质失去绝缘性能。
02
电介质的理论基础
电极化现象
定义
电极化现象是指电介质在电场作 用下发生的极化状态变化，即电 介质内部正负电荷中心发生相对 位移，导致电介质表面出现极化
电荷的现象。
分类
电极化现象可分为电子极化、离 子极化和取向极化等类型。
Байду номын сангаас
影响因素
电极化现象受到电场强度、电介 质种类和温度等因素的影响。
电极化的微观机制
电极化强度
电极化强度是描述电介质极化状态的物理量，表示单位体积内电 介质极化电荷的总量。
电场与电极化强度关系
电场与电极化强度之间存在一定的关系，即电极化强度与电场成正 比，与电介质种类和温度等因素有关。
电极化的能量损耗
电极化的过程中会产生能量损耗，主要表现在电介质内部的摩擦和 热能散失等方面。
03
电子极化
取向极化
电子极化是由于电场作用下电子云相 对于原子核发生位移，导致电子和原 子核之间的相互作用发生变化。
取向极化是由于电场作用下分子或分 子的排列方向发生变化，导致正负电 荷中心相对位移。
离子极化
离子极化是由于电场作用下离子在电 介质中的位移，导致正负离子之间的 相互作用发生变化。

2019年9-7电介质.ppt

2019年9-7电介质.ppt
4
e
无外电场时 pe 0
f
pe
l
E外
f
0 加上外电场后 pe
极化电荷
极化电荷
+
+ + + + + +
E外
5
2.有极分子的取向极化
无外电场时，有极分子电矩取向不同，整个 介质不带电。 在外电场中有极分子的固有电矩要受到一个力 矩作用，电矩方向转向和外电场方向趋于一致,这 种极化称有极分子的取向极化。
可见由于电容器内充满了相对电容率为15五电介质存在时的高斯定理自由电荷束缚电荷根据真空中的高斯定理而现在电场中有电介质高斯面内可能同时包含自由电荷和极化电荷这两种电荷高斯定理应表自由电荷对于任一闭合曲面电感应强度的通量等于该闭合曲面内所包围的自由电荷的代数和
§10-7
静电场中的电介质
一、电介质的极化 绝缘体都属于电介质。在这种物质中，不存在自 由电荷，但是在静电场的作用下，电介质的表面上 会出现电荷，称为极化电荷。电介质出现极化电荷 的现象，称为电介质极化。 在电介质分子中，分布在分子中的正、负电荷 “重心”不重合的称为有极分子介质，而正、负电 荷“重心”相重合的分子，称为无极分子介质。 无极分子例如， CO2 H2 N2 O2 He 有极分子例如， H2O HCl CO SO2
P lim
ΔV
p
i
i
ΔV
式中 Pi 是在电介质体元 内分子电偶极矩
的矢量和,极化强度的单位是[C/m2 ]、[库仑/米2]。 如果电介质内各处极化强度的大小和方向都相 同，就称为均匀极化。我们只讨论均匀极化的电 介质。
9
三、极化强度与极化电荷的关系 对于均匀极化的电介质，极化电荷只出现在介质 的表面上。在电介质内切出一个长度为l、底面积 为S的斜柱体，使极化强度P的方向与斜柱体的轴 线相平行，而与底面的外法线n的方向成角。 若把整个斜柱体看为一个 ΔS n “大电偶极子”，它的电矩 ' ' 的大小为Sl，所以，斜 P 柱体内分子电矩的矢量和的 l 大小可以表示为 p ( S )l

第二章、电介质的高频极化机理

第二章、电介质的高频极化机理

3、τ，Δn，Pr 与T，U有关
Pr τ小
τ大
t
Pr P∞
Pr P=P∞+Pr
t
§2-3 弛豫现象
一、弛豫现象
实际介质的极化形成滞后 于外加电场，并随时间电场作 用时间的增加而增加，这种现 象称为弛豫现象。
这一过程同时伴随一随时
间而衰减的电流，称为吸收 电流（或剩余电流）。
t
7
2011-03-03
−
t
C ∞）
0
dU（u）⋅ϕ（t dt
−
u）⋅ du
令：x ≡ t − u
∫ I（a t）=（Cs
−
t
C ∞）
0
dU（t dt
−
x）⋅ϕ（x）⋅ dx
如外加电场持续时间足够长，则积分推广到∞
∫ I（a t）=（Cs
−
∞
C ∞）
0
dU（t dt
−
x）⋅ϕ（x）⋅ dx
全电流公式（Kramers-Kroning公式）：
∫ I(t)
=
C∞
⋅
dU(t) dt
+
(Cs
−
∞
C∞ )
0
dU(t − dt
x)
⋅ ϕ(x) ⋅ dx
+
G
⋅
U(t)
§2-2 电介质的损耗和复介电常数
一、介质损耗
一般概念：电介质在单位时间内所消耗的能量，即 在电介质中由电能转变为热能而损失的 能量，这一物理现象称为介质损耗。
损耗能量的一般表达式为：
已被开发和正在开发的这类MWDC主要有： • 低εr和高Q值的MWDC：
主 要 是 BaO—MgO—Ta2O5，BaO—ZnO—Ta2O5 或 BaO— MgO—Nb2O5，BaO—ZnO—Nb2O5 系 统 或 它 们 之 间 的 复 合 系 统 MWDC 材 料 。 其 εr=25～30，Q=（1～3）×104（ 在 f≥10GHz 下），τf≈0。主要用于f≥10GHz的卫星直播等微波通信机 中作为介质谐振器件。

本征离子电导PPT课件

本征离子电导PPT课件
因此，同样有：
△Sf ＝k ln（W ’W ” ）
3-50
-
10
设一对填隙离子-空位形成能量为 uf，形成 nf 对弗仑凯尔缺陷后内能增量：
3-51
利用平衡条件：
3-52
得到：
3-54
或：
3-54
当 N ’ 》nf， N 》nf 时，上式可简化为：
3-55
若令 N ’ ≈ N，则得：
3-56
式中，uf 为晶体点阵上离子形成填隙离-子或形成离子空位所需的能量。
-
5
2）载流子浓度 弗仑凯尔缺陷产生了两种载流子: 正离子空位和正填隙离子。 其特点是成对出现。
肖特基缺陷：形成的载流子就只有离子空位一种。 但分成正离子空位和负离子空位两种 。
用统计物理方法，可以计算两种缺陷的浓度，分别为： 3-47
ns 晶体点阵离子空位浓度， N 晶体点阵离子浓度，us 形成一个肖特基缺陷的能量。
-
13
4）肖特基缺陷、弗仑凯尔缺陷引起的电导率
确定载流子浓度和迁移率后，根据电导率 γ 通式： 3-3
可写出晶体本征离子电导率， 对应肖特基缺陷、弗仑凯尔缺陷类型， 有以下四种具体的表达式。
-
14
① 肖特基缺陷的正离子空位所提供的电导率
3-58 式中， us1 为形成一个肖特基正离子空位所需要能量； Uo1 为一个肖特基正离子空位扩散时所需克服的势垒。
3-40
-
7
设 uH 是一个原子或离子从晶体内部移动到晶体表面所需的能量， uL 为每个原子或离子的 点阵能。那么，形成一个肖特基缺陷需要的能量为：
3-41
因此，出现 ns 个肖特基缺陷后系统内能 U 增量 △Us 应为：

物理学中的电介质物理学理论

物理学中的电介质物理学理论电介质物理学理论是指在电学领域中，研究非金属材料在电场中的响应性质的学科，其研究的对象是电介质。

电介质是指在外界电场作用下，会将电能转换为其他形式的非导体材料。

电介质广泛应用于电子学、通信、电力等领域，是现代电子科技中不可或缺的一部分。

1. 电介质物理学理论的基础知识电介质在外界电场下会发生极化现象，也就是说，电介质中的电子、离子、偶极子等会产生相应的分布。

这种电荷分布会影响电介质中的电场分布，从而影响电介质物质的响应。

电介质分为线性电介质和非线性电介质，线性电介质遵循线性关系，而非线性电介质不遵循线性关系。

另外，电介质的极化可以分为自发极化和强制极化。

自发极化是指电介质中存在自发极化矢量，在无外界电场的作用下也会存在极化现象。

而强制极化是指电介质在受到外界电场的作用下，会出现新的极化矢量，这种极化是强制性的，与电介质自身性质无关。

2. 电介质的电容与介电常数对于一个电介质，其电容和介电常数是两个非常重要的参数。

电容指的是电荷与电势之间的比例关系，即电容等于电荷与电势的比值。

介电常数是电介质中电场强度与电位移密度之间的比值，介电常数越大，则电介质极化相对来说就越明显。

需要注意的是，电介质的介电常数会随着温度和频率的变化而变化。

在高温下介电常数通常会降低，而在频率高于1MHz时介电常数也会下降。

3. 非线性电介质的应用非线性电介质的特点是其电极化与电场的关系不是线性的，当电场强度超过一定阈值时，电介质中会出现非线性响应。

非线性电介质具有频率倍增与和谐倍频等非线性效应，被广泛用于激光技术、雷达通信以及图像处理等领域。

例如，二极管光谱翻转技术，通过在非线性晶体中将激光脉冲和稳态激光序列合并，可以生成高质量的超短脉冲。

4. 结语在科技不断进步的今天，电介质物理学理论正作为电子学、通信、电力等领域的重要组成部分，不断发掘和发展着。

通过系统而深入地学习电介质物理学理论，人们可以更好地理解各种电介质材料的性质，并将其应用于实际生活中的各种领域。

电介质和其介电特性基本介电现象

➢ 所以，研究介质损耗旳要点就是研究介质 极化形成旳动态过程中产生旳损耗。
电介质理论及其应用
11
电介质在电场作用下旳主要特征
主要判据：
dI dU
dU 0 dI
电介质理论及其应用
12
电介质在电场作用下旳主要特征
在均匀电场下：如介质厚度d，介质击穿电压UB
EB
UB d
EB ——介质击穿场强，描述电介质耐电压特征旳
电介质理论及其应用
5
电介质在电场作用下旳主要特征
电导特征是任何一种材料（不论导体、半导体、 还是电介质）都具有旳电学性质，并非电介质所特 有。但不同材料在电导率旳大小上却相差很远：
例如：一般导体γ=109（S/m ）
绝缘性能良好旳电介质γ=10-18（S/m ）
相差1027倍。
导电机理有明显区别，所以对电介质电导需作 专门旳讨论。
所以： r 为温度、电场频率、电场强度旳函数； v 则为温度、电场强度旳函数。
电介质理论及其应用
9
电介质在电场作用下旳主要特征
1. 3 介质损耗
在交变电压下，因为极化，使介质中 存在电容 电流和电导电流。
对电容器而言：希望电容电流大，而引起损耗 旳电导电流小。从而引入一种新旳介质物理参数—
—介质损耗角正切tan。
➢ 光具有粒子性，一定频率旳光子具有能量h，它与介质相
互作用将能引起介质中载流子密度和电导率旳变化。
❖ 光与介质旳极化和电导特征都有着亲密旳关系。
电介质理论及其应用
23
电介质旳功能特征
❖ 光照引起电介质电导剧烈增长旳现象是最广泛旳一 种光电效应——光电导效应（Photoconduction effect）。 这是因为光子进入介质引起介质中束缚电子旳活化，产 生新旳导电载流子，使介质旳电导率增大。

第二章_液体、固体电介质的电气性能


对串、并联电路，有：P1=P2
CP
CS
1tg2
一般tgδ＜＜1，即tg2δ 0,
所以CP≈CS=C,则 P=P1=P2=U2ωCtgδ
4.电介质的损耗及其影响因素 影响电介质损耗的因素主要有温度、频率和电
压。不同的电介质所具有的损耗形式不同，从而温 度、频率和电压对电介质损耗的影响也不同。 5.介质损耗在工程实际中的应用
固体电介质的表面电导主要由表面吸附的水分
和污物引起，介质表面干燥、清洁时电导很小。介
质吸附水分的能力与自身结构有关。 有亲水性介质
和憎水性介质。
所以，介质的绝缘电阻实际上是体积电阻和表
面电阻两者的并联值
R RV RS RV RS
RS---表面泄漏电阻
RV---体积泄漏电阻
5.影响电介质电导的主要因素
IEC规定的电工绝缘材料的耐热等级（最高持续温度）：
Y（O） A
E
B
F
H
C
90 105 120 130 155 180 220℃
如果材料使用温度超过上述规定，绝缘材料 就将迅速老化，寿命大大缩短。实验表明，对A级 绝缘，温度每增加8℃，则寿命缩短一半左右，这 通常称为热老化的8℃原则。对B级和H级绝缘材料 而言，当温度每升高10℃和12℃时，寿命也将缩 短一半。
1.介电常数
组合绝缘的相对介电 常数ε为

S
(1 x) x S
x
s --固体电介质的相对介电常数
x --浸渍介质的相对介电常数
2.介质损耗
组合绝缘的组合绝缘的总介质损失角正切为
tg1(t1g xS xS )x 1(t1g xxxS )x
tg S --固体电介质的介质损失角正切

电介质物理导论第二章2介绍


N n
2
讨论以下三种情形：
（1）当电场很弱、电流密度很小时，此时 ， 即N″«N′，即离子在空间的复合占主导地位，于是可略去式 （2—12）右边的第二项，即得到
在电场强度很小时，载流子浓度具有与无电场作用时相同的 数值(见式2—9)。
如果正、负离子的迁移率分别为μ ＋与μ －，而电荷量q等 于电子电荷e。 根据式(2—4)和式(2—3)并计及式(2—13)，即分别有： 电流密度 电导率
欧-1米-1


理想的电介质，ρ应等于无穷大； 电介质的电阻率其量级处于109～1022 欧· 米的范围内； 108或109欧· 米量级 半导体与电介质？
能带结构加以区别
对半导体而言，禁带宽度约为0.5～1.5eV，而电 介质的禁带宽度一般为1.5
～ 7eV。
表2-l列出了具有1电子伏量级的禁带宽度(如硅和
(3)当电场强度很高时，
例如E＞106Vm－1，此时由于气体分子在电场中获得较高能 量而不断发生碰撞，引起碰撞电离，使离子生成速率N随电场强 度E增大而呈指数式增加，因此，相应的电流密度也随之再度上 升。 综合以上三种情形，可以绘出如图2—4所示的j～E的关系 曲线，这种曲线亦常称为气体介质在常温、常压下的伏—安特 性曲线。
2．2．1 气体中的载流子浓度
气体介质的导电机构是正、负离子对。 正、负离子对的来源 先有正离子和电子对 电子再附着在分子上成为负离子。
动态过程：在一定的条件下，在气体所占的空间内， •一方面每秒钟将有一定数量的正、负离子对生成， •另一方面，由于气体中的正、负离子的相互作用又发生离子的 复合， 即正、负离子复合为中性分子。
——空间复合，
——有一部分在电场力的驱使下运动到极板上复合，这样就 构成了电流。
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22
固体电介质的介电常数
非极性和弱极性固体电介质：
聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯、聚苯乙烯、石蜡、石棉、无机玻璃等 都属此类 电介质只有电子式极化和离子式极化， r不大，通常在2.02.7范围 介电常数与温度的关系也与单位体积内的分子数与温度的关系相近
极性固体电介质：
树脂、纤维、橡胶、虫胶、有机玻璃、聚氯乙烯和涤纶等
A js
Ⅰ Ⅱ
j
C B
Ⅲ
0
E1
E2
E cr
42
E
液体电介质的电导 液体中极化发展快，吸收电流衰减快
电导构成：离子电导、电泳电导
非极性电介质的电导率 1018Ω•cm 弱极性电介质的电导率 1015Ω•cm 极性电介质的电导率 1010Ω•cm~1012Ω•cm ，由于损 耗太大，实际上不使用 强极性如水、乙醇等实际上已是离子性导电液，不能 用作绝缘材料
无论是何种电导类型，在低场强下电压-电流的关系遵循 欧姆定律。在高场强下
离子性电导： ln j E
34
（三）电介质中传导电流的测量
三电极法
测量介质中电流的电路图
35
介质中的电流与时间的关系
ic：快速极化造成的位移电流 ia：空间电荷极化等缓慢极化 形成 的，又称吸收电流 ig：趋向稳定值的漏导电流，又称泄 漏电流
建立极化时间：极短，10-12~10-13 s
极化程度影响因素：
电场强度（有关） 电源频率（无关） 温度（随温度升高而增加） 极化弹性：弹性
消耗能量：无
12
3.转向极化（偶极弛豫极化）
极化机理：极性分子转向
介质类型：偶极性及有离子弛豫性极化的离子性介质
建立极化时间：需时较长，10-610-2 s
I
ic ia ig
0
t
i'a i'c
t
36
例：聚乙烯的电流-时间特性
在温度高于室温附近要 达到稳定的漏导电流需 要几个小时的时间，在 更低的温度下，即20℃ 时，电流很难趋向稳定 的漏导电流。 所以通常的 1 min 绝缘 电阻测量仅仅是为了工 程上的方便，实际上并 没有物理意义，关于这 一点必须注意。
极化程度影响因素：
电场强度（有关） 电源频率（有关） 温度（温度较高时降低，低温段随温度增加）
极化弹性：非弹性 消耗能量：有
13
4.夹层介质界面极化
夹层介质界面极化概念： 当t=0:
U1 C2 U 2 C1
G1 G2 C1 C 2
U
当t=∞:
U 1 G2 U 2 G1
A
G1 C1
P G2 U C2
极化强度：偶极子的扭矩称作极化强度P
每单位体积的电荷量： p divP
极化电荷：P是电场作用下电介质内部呈现的电荷密度
，称作极化电荷 。 这些电荷由于是极化引起的，不能 单独取出来
真实电荷: 导体中带电的电荷可以自由地取出
9
(三）电介质极化基本类型
电介质的极化有五种基本形式：
电子位移极化
离子位移极化
转向极化
夹层介质界面极化
空间电荷极化
10
1.电子位移极化
极化机理：电子偏离轨道
介质类型：所有介质
建立极化时间：极短，10-1410-15s
极化程度影响因素：
电场强度（有关） 电源频率（无关） 温度（无关） 极化弹性：弹性
消耗能量：无
11
2.离子位移极化
极化机理：正负离子位移
介质类型：离子性介质


超高压大容量的发展
新材料促进了电力工业的进步
我国绝缘材料发展的现状
加强绝缘材料的研究，促进科技发展
3
二、电介质电气性能的划分
极化特性 电气传导特性 损耗特性 电气击穿特性
极化特性：指介电常数ε
损耗特性：介损tgδ
电气传导特性：载流子移动、高场强下的电气传导机理
等，电导G 或电阻 R
电气击穿特性： 包括击穿机理、劣化、电压 --时间特性
第二章 电介质的电气性能（一）
1
电介质的电气性能

研究电介质电气性能的意义
电介质电气性能的划分
电介质的极化及介电常数 电介质的电导特性 电介质中的能量损耗及介质损失角正切 液体电介质的击穿 固体电介质的击穿 电介质的其它性能
2
一、研究电介质电气性能意义

设备绝缘的基础
20
液体电介质的介电常数
非极性和弱极性电介质：如石油、苯、四氯化碳、硅油等
r数值不大，在1.82.5范围内。介电常数和温度的关系和单
位体积中的分子数与温度的关系相似
极性电介质：如蓖麻油、氯化联苯等
r数值在26范围内。还能用作绝缘介质
强极性电介质：如酒精、水等
r>10 ，此类液体电介质用作电容器浸渍剂，可使电容器的
j envd enE vd E
E为施加电场强度，e为载流子的电荷量，μ 为载流子的迁 移率
漏导电导率和电阻率：
电导率 ：

j en E
电阻率ρ ：
1/
33
电导（这里指漏导，以下无特别说明均指漏导） 电介质中电导特性划分
以载流子的性质划分，可以分为电子性电导和离子性电导
7
极化与电介质
极化概念：电场中有电介质时，由于电场的作用电
介质内部发生形变，结果导致电介质内部电荷分布的 变化。这个过程称作极化
+
+
+
+
+
+
+
E0
-
-
-
-
-
-
-
极化前
极化后
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偶极子(dipole)：单位体积电介质在施加电场前内部的
电荷是均匀分布的，在电场的作用下这些电荷发生位 移，这个单位体积就形成一对偶极子
（一）电介质中的传导电流
电气传导电流概念
表征单位时间内通过某一截面的电量
传导电流的组成
电介质中的传导电流含漏导电流和位移电流两个分量 漏导电流：由介质中自由的或联系弱的带电质点在电 场作用下运动造成的 位移电流：由电介质极化造成的吸收电流
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漏导电流密度：由迁移中的载流子密度n及其迁移速度Vd得
介质
l
b
S
1
S
单位Ω
l 代表两电极间距，b代表电极长
实际测量时，因平行电极存在极间场强不均匀的问题需加 保护电极，或者用三电极法上的同心圆环测量
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由体积电阻率划分各种介质的结果
导电状态
超导体
导体 10-6~10-2 金属
半导体 10-2~109
绝缘体 109~1022
电阻率 [Ω·cm]
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(五）讨论极化的意义

多层介质的合理配合
对于多层介质，在交流及冲击电压下，各层电压分布 与其r 成反比，要注意选择r ，使各层介质的电场分 布较均匀，从而达到绝缘的合理应用

研究介质损耗的理论依据
极化形成和介质损失有关，要掌握不同极化类型对介 质损失的影响

电气预防性试验：项目的理论根据 研发新型材料
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（四)电介质的介电常数
相对介电常数及其物理意义
Vacuum
E0
图中： 单位面积的电荷： 真空中：E0= σ／ε0 极化电荷密度为：σ′ 介质中：E=(σ-σ ′)/ε0
E0 r E '
+σ -σ -σ E
+σ
-σ
+σ
r 0
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相对介电常数是反映电介质极化程度的物理量
r 较大，一般为3~6，还可能更大。 r和T及f的关系和极性液体的相似
离子性电介质：
如陶瓷，云母等，相对介电常数r 一般在5~8左右
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(五）讨论极化的意义

选择绝缘 在实际选择绝缘时，除了考虑电气强度外，还应 考虑介电常数r 对于电容器，若追求同体积条件有较大电容量 ，要选择r 较大的介质 对于电缆，为减小电容电流，要选择r 较小的 介质
B
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一般有
C 2 G2 C1 G1
电荷重新分配，在两层介质的交界面处有积累 电荷，这种极化形式称夹层介质界面极化。 夹层界面上电荷的堆积是通过介质电导 G 完成 的，高压绝缘介质的电导通常都很小，这种性质 的极化只有在低频时才有意义
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极化机理：带电质点移动 介质类型：不均匀夹层介质中
建立极化时间：很长
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电介质极化应用实例一
平行平板电极间距离为 2cm ，在电极上施加 55kV 的工频 电压时未发生间隙击穿，当板电极间放入一厚为 1cm 的聚 乙烯板(r=2.3)时，问此时是否会发生间隙击穿现象？为什 么？并请计算插入聚乙烯板前后的各介质中的电场分布。
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解： (1)插入前：Ea=V0/d=55/2=27.5 kV/cm (2)插入后：Vs/Va= a / s，得 Va=2.3Vs V0=Vs+Va=3.3Vs Vs=V0/3.3=55/3.3=16.7 (kV) Es=16.7 kV/cm Va=V0-Vs=55-16.7=38.3 (kV) Ea=38.3 kV/cm>30 kV/cm的空气击穿场强 故插入聚乙烯板后空气间隙击穿
极化程度影响因素： 电场强度（有关） 电源频率（低频下存在） 温度（有关）
极化弹性：非弹性
消耗能量：有
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5.空间电荷极化
极化机理：正负离子移动 介质类型：含离子和杂质离子的介质 建立极化时间：很长 极化程度影响因素： 电场强度（有关）
电源频率（低频下存在）
温度（有关）
极化弹性：非弹性
消耗能量：有