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电工材料及应用;Chap 5 电介质与绝缘材料;;§0 电介质分类;§1 介质极化的基本概念 ;2、极化强度：单位体积内的电偶极矩总和称为极化强度，用P表示 ;二、电极化的微观机构 ;1、电子云位移极化：没有受电场作用时，组成电介质的分子或原子所带正负电荷中心重合，对外呈中性。受电场作用时，正、负电荷中心产生相对位移(电子云发生了变化而使正、负电荷中心分离的物理过程)，中性分子则转化为偶极子，这种过程就是电子云位移极化。电子云位移极化存在于一切气体、液体及固体介质中。 ;（2）电子云位移极化的特点： a)形成极化所需时间极短(因电子质量极小)，约为10-15ｓ，在一般频率范围内，可以认为ε与频率无关； b)具有弹性，当外电场去掉时，作用中心又马上会重合而整个呈现非极性，故电子式极化没有能量损耗。 c)温度对电子式极化影响不大。 ;2、离子位移极化：离子晶体中，无电场作用时，离子处在正常格点位置并对外保持电中性，但在电场作用下，正、负离子产生相对位移，破坏了原先呈电中性分布的状态，电荷重新分布，相当于从中性分子转变为偶极子产生离子位移极化. 离子位移极化主要存在于离子化合物材料中，如云母、陶瓷材料等。 ;（2）离子位移极化的特点： ;3、偶极子转向极化：极性电介质中，存在具有固有偶极矩μ0的偶极子。无外电场时，偶极子排列混乱，使∑μi=0；加外电场时，偶极转向，成定向排列，从而使电介质极化. ;4、空间电荷极化：空间电荷极化常常发生在不均匀介质中。在电场作用下，不均匀介质内部的正负间隙离子分别向负、正极移动，引起电介质内各点离子密度的变化，出现了电偶极距。这种极化叫作空间电荷极化。在电极附近积聚的离子电荷就是空间电荷。;5、松弛极化　　当材料中存在着弱联系电子、离子和偶极子等松弛质点时，热运动使这些松弛质点分布混乱，而电场力图使这些质点按电场规律分布，最后在一定温度下，电场的作用占主导，发生极化。这种极化具有统计性质，叫作热松驰极化。 ;§2 材料的介电性;式中 为电介质的绝对介电常数； 为电介质的相对介电常数, 是一个无量纲的数。;2、相对介电常数与分子极化率α的关系 ;Clausius-Mosotti 方程;二、介电驰豫 ;式中τ称为驰豫时间，它是P减小到e-1倍时所需要的时间。 ;德拜在描述电介质极化现象的驰豫过程中采用介如下电常数ε对交变电场的频率ω的关系 ;上面两个式子常称为德拜方程。 ;从上面还可得到 ;Cole-Cole图在处理实验数据时很有用。只要在实验上测出不同频率下材料的复介电常数的实部和虚部，并将实验数据在复平面上做Cole-Cole图，就可以从图上材料的介电驰豫是否属于德拜驰豫，还可以求得驰豫时间。 ;三、介质损耗： 电介质在电场作用下，单位时间消耗的电能叫介质损耗。 ;2、介质损耗的表示 ;四、介电常数与介质损耗的影响因素 ;链寝棠芭曙涤庸漏鸟塌汲胯管诅妆兴吸偶要卡栈藏蚌烟碎郊料味许哩康捞电气材料及应用（J1）电气材料及应用（J1）;εr，tgδ，p与ω的关系 ;2、温度的影响;1：结构损耗； 2：松弛损耗， 3：电导损耗； 4：总 损 耗 ;五、电介质的电导;按导电载流子种类，电介质的电导可分为： （1）电子电导（包括空穴导电）：载流子是带负电荷的电子（或带正电荷的空穴） （2）离子电导：载流子是理解了的原子或原子团（离子），它们可以带正电荷，也可???带负电荷。离子导电时，伴随有电解现象发生。 固态导体、半导体及强电场下的绝缘体中主要是电子电导，液态导体、半导体及弱电场下的绝缘体中主要是离子电导。;气体电介质的电导;液体电介质的电导;固体电介质的电导;固体电介质的表面电导;六、介电强度与击穿;电击穿：在强电场下,固体导带中的电子一方面在外电场作用下被加速获得动能,另一方面与晶格振动相互作用,把能量传递给晶格。若电场给于电子的能量大于电子传递给晶格振动能量时，电子的动能就会越来越大，达到某个值后，电子与晶格相互作用还会导致电离产生新电子，使自由电子数迅速增加，电导率不断增大，击穿发生。 ;七、新型高性能介电材料需求分析 ;2、电容器的小型化：电子元器件的小型化要求电容器的容量大，尺寸小、薄，工作电压低。怎么解决？ ;一些介质的介电常数ε;华尔屯定律 (Walden Law)