电介质及其介电特性-基本介电现象ppt课件.ppt

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1、电介质的基本介电现象11.电介质在电场作用下的主要特性电导、极化、损耗、击穿2.电介质的功能特性电—机械、电—热、电—光电—压敏、PTC主要内容：电介质的基本介电现象21.电介质在电场作用下的主要特性电介质：在电场作用下能建立极化的一切物质。存在较强电场并可发生明显极化现象的材料。电力线能透过的物质（法拉第1839年）。电介质物理：是研究宏观物质中电位移运动基本规律的科学。主要研究对象是电介质中电荷的运动迁移现象以及由此产生的各种效应。主要特性：电介质在电场作用下最主要的电特性是极化和电导，以及在此基础上产生的损耗与击穿现象。电介质在电场作用下的主要特性3电介质在电场作用下的主

2、要特性特点：在直流电压作用下有较稳定的电流通过。表征：用电阻率ρv或电导率γ来表征材料的电导特性。4电介质在电场作用下的主要特性由此可得：R—电阻，单位为欧姆（）；G—电导，（S）ρv—体电阻率，（·m）；γ—体电导率，（S/m）U—电压（V）；E—电场强度（V/m)；j—电流密度，(A/m2)5电导特性是任何一种材料（无论导体、半导体、还是电介质）都具有的电学性质，并非电介质所特有。但不同材料在电导率的大小上却相差很远：例如：一般导体γ=109（S/m）绝缘性能良好的电介质γ=10-18（S/m）相差1027倍。导电机理有明显区别，因此对电介质电导需作专门的讨论。电介质在

3、电场作用下的主要特性为什么？62介质极化定义：极化是电介质中束缚在分子内部或局部空间不能完全自由运动的电荷，在电场作用下产生局部的迁移而形成感应偶极矩的物理现象。是电介质特有的性质。电介质在电场作用下的主要特性电介质：在电场作用下能产生极化现象的材料。表征：单位体积电介质中形成的总感应电矩——极化强度。在线性介质中：x——介质极化系数，0——真空介电常数，8.854×10-12F/m7电介质在电场作用下的主要特性在工程技术中，通常采用比电容率（或相对介电常数）来作为介质极化的量度。比电容率是以介质充入真空电容器后，此电容器的电容量（C）与原真空电容器的电容量（C0）之比来计量

4、。r——相对介电常数，它与0的乘积，定义为介质的介电常数由电工学可得：8体电阻率（v）和相对介电常数（r）是表征材料介电特性的最主要参数。它们在线性材料中是与电场强度无关的常数，当电场频率改变时也会改变；在非线性材料以及在强电场下则还与电场强度有关。因此：r为温度、电场频率、电场强度的函数；v则为温度、电场强度的函数。电介质在电场作用下的主要特性91.3介质损耗在交变电压下，由于极化，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，而引起损耗的电导电流小。从而引入一个新的介质物理参数——介质损耗角正切tan。电介质在电场作用下的主要特性10定义：电

5、介质在电场作用下的主要特性只有电导电流损耗时，tan与成倒数关系。极性介质的tan与是有峰值的曲线关系，极性介质的tan值比非极性介质的tan值大；而且tan随的变化呈非倒数式关系，这是由于介质极化滞后所形成的损耗而引起。因此，研究介质损耗的重点就是研究介质极化形成的动态过程中产生的损耗。11主要判据：电介质在电场作用下的主要特性12在均匀电场下：如介质厚度d，介质击穿电压UB电介质在电场作用下的主要特性EB——介质击穿场强，描述电介质耐电压特性的重要物理参数，它与温度、电场形式有关。13r，v，tan和EB作为描述绝缘介质基本特性的四大物理参数。研究四大

6、参数与电介质材料的组成、结构、含杂等的关系，以及温度、压力、电场性质（频率、波形等）的影响。研究成果广泛用于工程领域——成为“电介质工程”。电介质在电场作用下的主要特性14电介质在电场作用下的主要特性电容器的电储能密度W与和E2呈正比提高储能密度可采用高ε和高E的电介质材料推动了高介电常数低介质损耗材料的研究和发展而提高介质的耐电强度则是作为电介质绝缘材料的一个最主要的共性问题。高功率脉冲电容储能技术为例：15电介质在电场作用下的主要特性涉及的科学与技术问题：高储能介质的介电性能——极化、弛豫机理高耐电强度——高介电常数介质的击穿特性结构优化——提高电容器有效储能体积放电特性

7、——快速、大容量、消除电感高可靠性——稳定性与寿命性能评价——测、试、分析技术16电介质的功能特性2.电介质的功能特性电介质除了具有上述纯粹的电学特性之外，在其电性和力学性能、热学性能、光学性能之间还存在密切相关的功能转换特性。如：介质在电场作用下的电致伸缩效应、电压敏效应、场致发光效应和电热效应等，反映了介质把电能转化为机械能、光能、热能的功能效应。而：介质在力场作用下发生的压电效应、在热场作用下产生的热释电效应、在光照下引起的光电效应、导电性突变的PTC效应等，则为相反的功能转换特性。这