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第一章 绪论1.1 介质的电极化电介质的特征是以正，负电荷中心不重合的电极化方式传播，存贮或记录电的作用和影响，但其中起主要作用的是束缚电荷。
电介质物理学主要是研究介质内部束缚电荷在电场（包括光频电场），应力，温度等作用下的电极化和运动过程，阐明其电极化规律与介质结构的关系，揭示介质宏观介电性质的微观机制，同时也研究电介质性质的测量方法，以及各种电介质的性能，进而发展电介质的效用。
电介质可以是气态，液态或固态，分布极广。
本书主要讨论固态电介质，虽然电介质并非一定是绝缘体，但绝缘体都是典型的电介质。
绝缘体的电击穿过程及其原理关系到束缚电荷在强场作用下的极化限度，这也属于电介质物理的研究范围。
实际上，金属也具有介电性质。
当电场频率低于紫外光频率时，金属的介电性来源于电子气在运动过程中感生出的虚空穴（正电荷），从而导致动态的电屏蔽效应；此时基本上不涉及束缚电荷，故不列入电介质物理的研究范畴。
因为电极化过程与物质结构密切相关，电解质物理学的发展总是与物质结构的研究相呼应。
20世纪20年代，当关于原子结构和分子结构的研究开始发展的时候，电极化基本过程的研究也随着发展起来了，电极化的3个基本过程式：（1）原子核外电子云的畸变极化；（2）分子中正，负离子的相对位移极化；（3）分子固有电矩的转向极化，在外界电场作用下，介质的相对介电常数ε是综合地反映这三种微观过程的宏观物理量，它是频率ω的函数()εω 只当频率为零或频率很低（例如1kHz ）时，三种微观过程都参与作用；这时的介电常数(0)ε 对于一定的电介质而言是个常数。
随着频率的增加，分子固有电矩的转向极化逐渐落后于外场的变化。
这时，介电常数取复数形式'"()()()i εωωωεε=- (1.1) 其中虚部"()ωε代表介质损耗，实部'()ωε随频率的增加而下降，同时虚部出现如图 1.1所示的峰值，这种变化规律称为弛豫型的。
6．扩散7．改善电场分布、削弱气隙中的游离过程8．固体介质9．20℃、101.310．低11．增大12．250/250013．空间电荷14．增大三、简答题1．答：（1）因棒极附近场强很高，不论棒的极性如何，当外加电压达到一定值后，此强场区内的气体首先发生游离。
当棒具有正极性时，间隙中出现的电子向棒极运动，进入强电场区，引起碰撞游离，形成电子崩。
在放电达到自持、爆发电晕之前，在间隙中存在大量游离过程。
当电子崩达到棒极后，其中的电子就进入棒极，而正离子仍留在空间，相对来说缓慢地向板极移动。
即在棒极附近，积聚起正空间电荷，从而减少了紧贴棒极附近的电场，而加强了游离区外部空间的电场。
这样，棒极附近的电场被削弱，难以形成流柱，这就使得自持放电也即电晕放电难以形成，所以电晕起始电压高，击穿电压低。
（2）当棒具有负极性时，阴极表面形成的电子立即进入强电场区，形成电子崩。
当电子崩中的电子离开强电场区后，电子就不再能引起游离，而以越来越慢的速度向阳极运动。
电子崩中的正离子逐渐向棒极运动而消失于棒极，但由于其运动速度较慢，所以在棒极附近总是积聚着正空间电荷。
而在其后则是较分散的负空间电荷。
负空间电荷由于浓度小，对外电场的影响不大，而正空间电荷将使电场参考答案第一章电介质的极化、电导和损耗一、单项选择题：1. D2. D3. B二、填空题：1. 增大了2．电子式极化、离子式极化、偶极子式极化、空间电荷极化（夹层式极化）3．在电场作用下极化程度的物理量4．电子式极化、离子式极化5．偶极子式极化、空间电荷极化（夹层式极化）6．大些7．离子性、电子性8． 电导强弱程度9．电场强度、温度、杂质10．体积电导、表面电导11．电导损耗、极化损耗12．电导13．δωCtg U 214．电导三、简答题1．答：电介质的电导为离子性电导，随着温度的升高，分子的热运动加剧，分子之间的联系减弱，介质中离解出的离子数目增多，所以电导率增大。
而导体的电导是电子性电导，温度升高，分子的热运动加剧，电子在电场作用下定向运动时遇到的阻力增大，所以电导率降低。
《高电压技术》第3版常美生主编第一章电介质的极化、电导和损耗概述⏹电介质：指具有很高电阻率（通常为106~1019Ω·m）的材料。
⏹电介质的作用：在电气设备中主要起绝缘作用，即把不同电位的导体分隔开，使之在电气上不相连接。
⏹电介质的分类：按状态可分为气体、液体和固体三类。
其中气体电介质是电气设备外绝缘（电气设备壳体外的绝缘）的主要绝缘材料；液体、固体电介质则主要用于电气设备的内绝缘（封装在电气设备外壳内的绝缘）。
⏹极化、电导和损耗：在外加电压相对较低（不超过最大运行电压）时，电介质内部所发生的物理过程。
这些过程发展比较缓慢、稳定，所以一直被用来检测绝缘的状态。
此外，这些过程对电介质的绝缘性能也会产生重要的影响。
⏹击穿：在外加电压相对较高（超过最大运行电压）时，电介质可能会丧失其绝缘性能转变为导体，即发生击穿现象。
第一节电介质的极化一、电介质的极性及分类⏹分子键：电介质内分子间的结合力。
⏹化学键：分子内相邻原子间的结合力。
根据原子结合成分子的方式的不同，电介质分子的化学键分为离子键和共价键两类。
原子的电负性是指原子获得电子的能力。
电负性相差很大的原子相遇，电负性小的原子的价电子被电负性大的原子夺去，得到电子的原子形成负离子，失去电子的原子形成正离子，正、负离子通过静电引力结合成分子，这种化学键就称为离子键。
电负性相等或相差不大的两个或多个原子相互作用时，原子间则通过共用电子对结合成分子，这种化学键就称为共价键。
离子键中，正、负离子形成一个很大的键矩，因此它是一种强极性键。
共价键中，电负性相同的原子组成的共价键为非极性共价键，电负性不同的原子组成的共价键为极性共价键。
由非极性共价键构成的分子是非极性分子。
由极性共价键构成的分子，如果分子由一个极性共价键组成，则为极性分子；如果分子由两个或多个极性共价键组成，结构对称者为非极性分子，结构不对称者为极性分子。
分子由离子键构成的电介质称为离子结构的电介质。
电介质材料中的电导率与极化关系电介质材料（Dielectric materials）是指具有高电阻率的材料，其主要特点是在电场作用下能够极化，产生电偶极矩。
在电子行业中，电介质材料被广泛应用于电容器、绝缘体等设备中。
电介质材料中的电导率与极化是两个关键的属性，它们之间存在着密切的联系。
电导率是指电流在单位面积上通过电介质材料的能力。
在理想情况下，电介质材料应该具有极高的电阻率，从而使得电流很难通过。
然而，在现实世界中，电介质材料中总会存在一些杂质或缺陷，这些杂质或缺陷会导致电介质材料的电导率变高。
这种非理想的情况在实际应用中经常发生，因此了解电导率与极化之间的关系，对于电子工程师来说非常重要。
极化是指电介质材料在外电场的作用下，原子或分子内部电荷分布发生改变，从而产生电偶极矩。
当外电场施加在电介质材料上时，其中的正负电荷将会产生偏移，并在材料内部形成一个电场，这就是极化现象。
根据材料的不同极化性质，电介质材料可分为电容极化、取向极化和离子极化等。
电导率与极化之间的关系可以通过极化强度来描述。
极化强度是指电介质材料中形成的电偶极矩的大小，它与外电场的强度有关。
当外电场强度增加时，极化强度也会随之增加，从而导致电介质材料的电导率增加。
这是因为极化强度增加意味着电介质材料内部电荷的分离程度加深，从而电流更容易在材料中传导。
另一方面，电导率与极化之间的关系还与材料本身的性质密切相关。
一些电介质材料，如氧化铝和陶瓷等，由于其内部晶格结构的特殊性质，具有较高的电导率。
而对于一些高性能电介质材料，如聚酰亚胺膜（Polyimide）等，其内部分子结构较为复杂，因此其电导率相对较低。
除了电导率与极化之间的关系，电介质材料中还存在着电介质弛豫（Dielectric relaxation）现象。
电介质弛豫是指在外电场的作用下，电介质材料内部电偶极矩的方向不断变化，从而产生电流。
这种电流是由于电偶极矩在外电场中不断重新定向导致的，因此被称为电介质弛豫电流。
第一章电介质基本物理知识电介质(或称绝缘介质)在电场作用下的物理现象主要有极化、电导、损耗和击穿。
在工程上所用的电介质分为气体、液体和固体三类。
目前，对这些电介质物理过程的阐述，以气体介质居多，液体和固体介质仅有一些基本理论，还有不少问题难以给出量的分析，这样就在很大程度上要依靠实验结果和工作经验来进行解释和判断。
第一节电介质的极化一、极化的含义电介质的分子结构可分为中性、弱极性和极性的，但从宏观来看都是不呈现极性的。
当把电介质放在电场中，电介质就要极化，其极化形式大体可分为两种类型:第一种类型的极化为立即瞬态过程，是完全弹性方式，无能量损耗，也即无热损耗产生；第二种类型的极化为非瞬态过程，极化的建立及消失都以热能的形式在介质中消耗而缓慢进行，这种方式称为松弛极化。
电子和离子极化属于第一种，为完全弹性方式，其余的属于松弛极化型。
(一)电子极化电子极化存在于一切气体、液体和固体介质中，形成极化所需的时间极短，约为10-15S。
它与频率无关，受温度影响小，具有弹性，这种极化无能量损失。
(二)原子或离子的位移极化当无电场作用时，中性分子的正、负电荷作用中心重合，将它放在电场中时，其正、负电荷作用中心就分离，形成带有正、负极性的偶极子，见图1-1(a)。
该图是一个氢原子的电子极化示意图，图中d 表示原子在极化前后，其正、负两电荷作用中心的距离。
离子式结构的电介质(如玻璃、云母等)，在电场作用下，其正负离子被拉开，从而使正、负电荷作用中心分离，使分子呈现极性，形成偶极子，见图1-1(b)图中d1表示正、负电荷之间的距离。
图1-1极化基本形式示意图(a)电子位移极化；(b)离子位移极化；(c)偶极松弛极化原子中的电子和原子核之间，或正离子和负离子之间，彼此都是紧密联系的。
因此在电场作用下，电子或离子所产生的位移是有限的，且随电场强度增强而增大，电场一消失，它们立即就像弹簧一样很快复原，所以通称弹性极化，其特点是无能量损耗，极化时间约为10-13 S。
