电介质极化与介电常数1.ppt

* * 电介质的电气性能 研究电介质电气性能意义 设备绝缘的基础 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 电介质电气性能的划分 四个电气性能：电介质极化特性、电介质损耗特性、 电气传导特性、电气击穿特性 介 电 特 性： 电气传导特性： 如载流子移动、高场强下的电气传导 机理等；主要物理量为绝缘电导和泄漏电流 电气击穿特性： 包括击穿机理、劣化、电压-时间特 性曲线（V-t）等；主要物理量为击穿场强 电介质极化机理，主要物理量为介电常数ε 电介质损耗机理，主要物理量为介损tgδ 电介质物质结构的基本形式 形成分子和聚集态的各种健 离子健 共价键 分子健 电介质的分类：根据化学结构分为3类 非极性及弱极性电介质 偶极性电介质 离子性电介质 Na 11 2 8 1 离子结构电介质 (岩盐) NaCl 共价键 + 中性共价键 极性共价键 H + = H 一、电介质的极化及 介电常数 极化现象 平板真空电容器电容量： 插入固体电解质后电容量： 相对介电常数： 相对介电常数是反映电介质极化程度的物理量 — 由电介质极化引起的 束缚电荷 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 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。 极化强度：偶极子的扭矩称作极化强度P。 极化电荷(polarization charge) ： ρP是电场作用下电介质内部呈现的电荷密度，称作极化电荷。 均匀极化(uniform polarization)： 绝缘体内部任何地方电荷的位移相同时叫做均匀极化。这些电荷由于是极化引起的，不能单独取出来 真实电荷：与之相对应，导体中带电的电荷可以自由地取出，称作真实电荷。 具备有这种特性的物质称作 电介质 由P可得每单位体积的电荷量： 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 一、电子的位移极化 当物质原子里的电子轨道受到外电场 E 的作用时，其负电荷作用中心相对于原子核产生位移，形成电矩，称电子的位移极化。 特点： 1、电子位移极化存在于一切气体、液体及固体介质中 2、具有弹性，当外电场去掉后，依靠正、负电荷间的吸引力，作用中心又马上会重合，对外不显电性 3、极化速度快，10--14~10--15秒， 在各种频率的交变电场下均能产生，与频率无关 4、极化强度与电矩的大小成正比，且随着外电场的增强而增大 5、与温度无关 6、不引起能量损耗 极化机理： 二、离子的位移极化 在外电场作用下，正、负离子发生偏移，使整个分子呈现极性，正负离子的中心之间产生电矩，称离子的位移极化 极化机理： 特点： 1、有弹性，可恢复 2、极化完成时间约为 l0-12-10-13s，当交变电场的频率 低于红外线光频率，离子的位移极化与频率无关 3、极化程度与电场强度成正比 4、温度对离子式极化的影响，存在着相反的两种因素； 即离子间结合力随温度升高而降低，使极化程度增 加；但离子的密度随温度升高而减小，则使极化程 度降低。通常前一种因素影响较大 5、有极微量的能量损耗 三、极性分子的转向极化 在外电场作用下，原来杂乱分布的极性分子顺电场方向定向排列，对外显示出极性，称极性分子的转向极化 极化机理： (a)无外电场 E=0 - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + (b)有外电场 + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - E + - 特点： 1、有弹性，可恢复 2、与频率有关，极化完成