第四章-1 电介质材料 (基础知识)

1、电电 介介 质质 材材 料料第第 四四 章章4-1 电介质物理基础知识电介质物理基础知识4-2 电容器介质材料电容器介质材料4-3 压电材料和热释电材料压电材料和热释电材料4-1-1 电介质及其极化电介质及其极化4-1-2 电介质的介质损耗电介质的介质损耗4-1-3 电介质的电导和击穿电介质的电导和击穿4-1 电介质物理基础知识电介质物理基础知识电介质材料的四个基本参数：电介质材料的四个基本参数：介电常数介电常数（）、）、损耗角正切损耗角正切（tan）、）、电导率电导率（ ）、）、抗电强度抗电强度（ Eb ）4-1-4 电介质材料的非电性能电介质材料的非电性能4-1-1 电介质及其极化电介质及

2、其极化1. 电介质及极化的定义电介质及极化的定义自由电荷自由电荷导体、半导体：导体、半导体：绝缘体：绝缘体：束缚电荷束缚电荷长程迁移长程迁移自由电荷自由电荷导体、半导体：导体、半导体：绝缘体：绝缘体：束缚电荷束缚电荷长程迁移长程迁移极化极化 极化极化：在电场作用下，在电介质：在电场作用下，在电介质表面出现束缚电荷表面出现束缚电荷（极化电荷）的现象。（极化电荷）的现象。 电介质电介质：以极化方式传递、储存或记录外电场作用和影响的物质。：以极化方式传递、储存或记录外电场作用和影响的物质。 4-1-1 电介质及其极化电介质及其极化1. 电介质及极化的定义电介质及极化的定义电偶极子：电偶极子：L+q-

3、qLqu 将分子等效为电偶极子，根据其电偶极矩将分子等效为电偶极子，根据其电偶极矩 的不同，分为两类：的不同，分为两类：（1）无极分子：）无极分子：分子u正负电荷重心重合，正负电荷重心重合，0分子u+ + + + + + + + + + + + +-0E感应偶极矩感应偶极矩位移极化位移极化例如，例如， He、H2、N2、 CO2 、CH4等。等。 -+电偶极矩电偶极矩2. 极化的微观机制极化的微观机制（2）有极分子：）有极分子： 正负电荷重心不重合，正负电荷重心不重合，0分子u + - 固有偶极矩固有偶极矩-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+0E+-+-+-+-+-+-+-+-+-

4、取向极化取向极化例如，例如，H2O、NH3、CO、SO2、H2S、CH3OH 等。等。 非极性介质非极性介质 在电场作用下，正负电荷在微观尺度作偏离平衡位置的相对位移， 正负电荷相对位移的方向相反，在相距一定距离之后，产生感应偶极矩；电介质 整体来看，就形成了感应宏观偶极矩：位移极化位移极化 极性介质极性介质 组成介质的分子具有极性或正负离子的中心不重合，其本身就具有 固有偶极矩；在没有外电场时，热运动使固有偶极矩混乱取向，偶极矩的矢量和 为零；有外电场时，偶极子沿电场方向取向几率增加，偶极矩的矢量和不再为零， 电介质对外表现出感应宏观偶极矩：取向极化取向极化Q0EEE：外电场：外电场0E：退

5、极化场：退极化场E介质中的总场强：介质中的总场强：EEE0 由于介质的极化，由于介质的极化，在介质表面出现符号相反的感应电荷在介质表面出现符号相反的感应电荷，在介质内形成，在介质内形成 与外电场方向相反的与外电场方向相反的退极化场退极化场。0E图图1 极化使电介质极化使电介质表面出现感应束缚电荷表面出现感应束缚电荷： 介质的极化能力越强，表面感应电荷越多，退极化场越强。介质的极化能力越强，表面感应电荷越多，退极化场越强。图图2 表面感应电荷形成表面感应电荷形成退极化场退极化场：3. 表面感应电荷和退极化场表面感应电荷和退极化场4、极化能力的表征、极化能力的表征0QUdUE00QQ QUQ0EE

6、EUQC00UQCUQQUQC00 定义电容器充以电介质时的电容量定义电容器充以电介质时的电容量C与真空时的电容量与真空时的电容量C0的比值为该电介质的比值为该电介质 的的相对介电常数相对介电常数：0CCr0 介电常数反映了介质极化能力的大小，介电常数值越大，极化能力越强。介电常数反映了介质极化能力的大小，介电常数值越大，极化能力越强。介电常数介电常数0EDEDr80.1水水26.4乙醇乙醇4.274.34石英石英3.80玻璃玻璃1.00059空气空气2.02.51.00000石蜡石蜡真空真空常用电介质材料的相对介电常数常用电介质材料的相对介电常数5.18.6酚醛树脂酚醛树脂2.62.93.6

7、4.14.552.112.26天然橡胶天然橡胶环氧树脂环氧树脂聚氯乙烯聚氯乙烯聚四氟乙烯聚四氟乙烯聚乙烯聚乙烯2000 110钛酸钡钛酸钡 金红石（金红石（TiO2）Pb(Mg1/3Nb2/3)O3 MgSiO3 云母云母10456.1巨介电常数材料巨介电常数材料CaCu3Ti4O12：1055. 介质极化强度和极化率介质极化强度和极化率为了描述电介质在外场中的极化情况，引入为了描述电介质在外场中的极化情况，引入极化强度矢量极化强度矢量 ，它等于单位，它等于单位体积内感生偶极矩的矢量和：体积内感生偶极矩的矢量和：PVilimP0Vl 若介质中的电场是均匀的，则有：若介质中的电场是均匀的，则有：

8、ViP单位为：单位为：C/m20nPl 若单位体积中有若单位体积中有n0个极化粒子，各极化粒子偶极矩的平均值为个极化粒子，各极化粒子偶极矩的平均值为 ，则有：，则有：l 对于线性极化，对于线性极化， 与电场强度成正比，有：与电场强度成正比，有：eEeE：作用在极化粒子（原子、分子或离子）上的：作用在极化粒子（原子、分子或离子）上的局域电场局域电场，称为有效电场；，称为有效电场；：极化：极化粒子的极化率粒子的极化率，是表征微观粒子极化性质的，是表征微观粒子极化性质的微观参数微观参数。eEP0nU6. 电介质极化的宏观参数和微观参数的关系电介质极化的宏观参数和微观参数的关系平板型电容器的极片面积为

9、平板型电容器的极片面积为S，极片间距为，极片间距为d，均匀，均匀极化时，整个电介质总的感应偶极矩：极化时，整个电介质总的感应偶极矩：QSddQ 极化强度：极化强度：SQSddQP000QQ1QQQrSdSU1-SUC1-SQ1-0r0r0rUQC00dSC00eEP0nE0r1-EEe00rn1 提高电介质的介电常数：提高电介质的介电常数： 提高单位体积内的极化粒子数提高单位体积内的极化粒子数n0； 选取极化率选取极化率 大的粒子组成电介质；大的粒子组成电介质； 增强作用于极化粒子上的有效电场增强作用于极化粒子上的有效电场Ee。EEe00rn1对于对于气体、非极性电介质及结构高度对称或完全无序

10、的介质气体、非极性电介质及结构高度对称或完全无序的介质，有效电场与外电场的关系为：有效电场与外电场的关系为：EEe32r这样的有效电场称为洛伦兹（这样的有效电场称为洛伦兹（Lorentz）有效电场，将其代入）有效电场，将其代入r公式：公式：00rr3n21-称为称为克克 莫极化方程莫极化方程，是在采用洛伦兹有效电场的情况下，联系电介质极化，是在采用洛伦兹有效电场的情况下，联系电介质极化宏观参数与微观参数的关系式。宏观参数与微观参数的关系式。7. 电介质极化的类型电介质极化的类型 电子位移极化、离子位移极化、电子位移极化、离子位移极化、 偶极子转向极化、离子松弛极化、空间电荷极化、自发极化偶极子

11、转向极化、离子松弛极化、空间电荷极化、自发极化1）电子位移极化）电子位移极化电介质中的原子、分子和离子等任何粒子，在电场的作用下，粒子中的电介质中的原子、分子和离子等任何粒子，在电场的作用下，粒子中的电子云相对于原子核发生位移电子云相对于原子核发生位移，而感生一个沿电场方向的感应偶极矩。，而感生一个沿电场方向的感应偶极矩。00E0E电子云电子云原子核原子核电子位移极化模型图电子位移极化模型图+q-ql 电子位移极化率电子位移极化率与温度无关与温度无关：温度的高低不足以改变原子或离子的半径。：温度的高低不足以改变原子或离子的半径。eeeEl 电子位移极化产生的感应偶极矩：电子位移极化产生的感应偶

12、极矩：e为电子极化率：为电子极化率： 304re电子极化率与电子极化率与原子半径的立方成正比原子半径的立方成正比，电子轨道半径，电子轨道半径 r 越大，电子离原子核越大，电子离原子核越远，与原子核之间的吸引力越弱，越容易发生极化。越远，与原子核之间的吸引力越弱，越容易发生极化。（电子位移极化率的数量级为（电子位移极化率的数量级为10-40 F.m2）l 电子位移极化电子位移极化存在于一切介质中存在于一切介质中。l 电子位移极化电子位移极化建立的时间很短建立的时间很短，约在，约在10-14 10-16 s范围；如果所加电场为交变范围；如果所加电场为交变 电场，即使电场频率高达光频，电子位移极化也

13、来得及响应。电场，即使电场频率高达光频，电子位移极化也来得及响应。l 实验测量得到的实验测量得到的 值并不严格等于值并不严格等于 ，不同原子和离子，不同原子和离子 比值大小不一样，比值大小不一样， 值大的原子或离子越容易发生极化值大的原子或离子越容易发生极化。e304r304/re304/reeeEn0ePer0nePl 补充讲义补充讲义P10，表，表2-2列出了一些原子和离子的列出了一些原子和离子的 比值，比值，O2-具有具有 较大的电子位移极化率较大的电子位移极化率。304/re2）离子位移极化）离子位移极化+-偶极矩矢量和为零；偶极矩矢量和为零；0E+感应偶极矩：感应偶极矩：eiiE33

14、）（rr a ii为离子位移极化率。为离子位移极化率。l 当离子位移为完全弹性位移时，可以得出：当离子位移为完全弹性位移时，可以得出：l 离子位移极化率离子位移极化率随温度的升高而增大随温度的升高而增大，但增加甚微；，但增加甚微；（离子位移极化率的数量级为（离子位移极化率的数量级为10-40 F.m2）（a为晶格常数，晶体密堆积时为晶格常数，晶体密堆积时 ）rr a l 离子位移极化对外场的离子位移极化对外场的响应时间也较短响应时间也较短，约为，约为10-12 10-13 s。3）偶极子转向极化）偶极子转向极化+-+-+-+-+-+-+-+-+-0E-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

15、-+00E在无外电场时，在无外电场时，分子的热运动使偶极子混乱排布分子的热运动使偶极子混乱排布，分子固有偶极矩在空间各方向的取向几率相同，宏分子固有偶极矩在空间各方向的取向几率相同，宏观偶极矩观偶极矩 为零。为零。 0在电场作用下，在电场作用下，极性分子沿电场方向取向几率大于极性分子沿电场方向取向几率大于其它方向其它方向，形成宏观偶极矩。，形成宏观偶极矩。0极性分子具有固有偶极矩极性分子具有固有偶极矩 ，可以把它们看成偶极子。，可以把它们看成偶极子。可以证明，偶极子转向极化率为：可以证明，偶极子转向极化率为：kTu320l 偶极子转向极化率偶极子转向极化率随温度的升高而下降随温度的升高而下降：

16、温度升高，热运动的抗取向作用加剧；：温度升高，热运动的抗取向作用加剧；l 偶极子转向极化对外电场的偶极子转向极化对外电场的响应时间较长响应时间较长，约为，约为10-8 10-2 s。（偶极子转向极化率的数量级为（偶极子转向极化率的数量级为10-38 F.m2）4）离子松弛极化离子松弛极化玻璃态物质、机构松散的离子晶体及晶体的杂质缺陷区域，离子本身能量较高，玻璃态物质、机构松散的离子晶体及晶体的杂质缺陷区域，离子本身能量较高，容易受热激活，越过势垒，在不同的平衡位置之间跃迁，称为容易受热激活，越过势垒，在不同的平衡位置之间跃迁，称为弱束缚离子弱束缚离子。在电场作用下，沿电场方向产生在电场作用下，

17、沿电场方向产生过剩跃迁的离子过剩跃迁的离子，使电介质电荷分布不均，使电介质电荷分布不均，形成电偶极矩。形成电偶极矩。l 离子松弛极化率：离子松弛极化率： ，与温度成反比；，与温度成反比；kTXqt1222l 离子松弛极化离子松弛极化建立的时间较慢建立的时间较慢，约为，约为10-2 s；UxABU跃迁几率相同跃迁几率相同X00EUxAB沿电场方向迁移几率增加沿电场方向迁移几率增加+0El 离子松弛极化是非可逆的过程，且离子跃迁的距离可与晶格常数相比拟。离子松弛极化是非可逆的过程，且离子跃迁的距离可与晶格常数相比拟。5）空间电荷极化）空间电荷极化当介质中当介质中存在少量自由电荷载流子存在少量自由电

18、荷载流子（正负离子和电子）时，在外电场作用下，（正负离子和电子）时，在外电场作用下，载流子将移动，使介质有微小的漏导电流。载流子将移动，使介质有微小的漏导电流。+e+0E移动的载流子可能被阻止在晶界、相界等晶格缺陷处移动的载流子可能被阻止在晶界、相界等晶格缺陷处，形成空间电荷的局部，形成空间电荷的局部积累，使介质中电荷分布不均，从而产生电偶极矩，发生极化。积累，使介质中电荷分布不均，从而产生电偶极矩，发生极化。l 空间电荷极化与介质的电导密切相关；空间电荷极化与介质的电导密切相关；l 空间电荷极化建立的时间很长空间电荷极化建立的时间很长，在几分之一秒到几个小时范围内。，在几分之一秒到几个小时范

19、围内。6）自发式极化）自发式极化l 某些晶体具有特殊的结构，其某些晶体具有特殊的结构，其晶胞自身的正负电荷重心不重合晶胞自身的正负电荷重心不重合，即晶胞具有极性。，即晶胞具有极性。l 由于晶体结构的周期性和重复性，当某一晶胞在某一方向出现偶极矩时，将逐由于晶体结构的周期性和重复性，当某一晶胞在某一方向出现偶极矩时，将逐 级影响到相邻的晶胞，使它们的级影响到相邻的晶胞，使它们的固有偶极矩朝向相同的方向固有偶极矩朝向相同的方向。由于这种。由于这种局部极局部极 化状态化状态是在外电场为零时自发建立的，称为是在外电场为零时自发建立的，称为自发极化自发极化。l 具有相同极化方向的自发极化区域，称为具有相

20、同极化方向的自发极化区域，称为电畴电畴。没有外电场时，电畴空间取向平。没有外电场时，电畴空间取向平 均，均， 介质不显极性；有外电场时，电畴沿电场方向转向，显示介质不显极性；有外电场时，电畴沿电场方向转向，显示强烈的极化效应强烈的极化效应。电畴电畴l 自发极化产生的自发极化产生的介电常数非常高介电常数非常高，且，且极化建立的时间很长极化建立的时间很长。7）请思考下列介质中存在的极化类型）请思考下列介质中存在的极化类型 N2、H2、CO2非极性气体，只存在电子位移极化非极性气体，只存在电子位移极化 SO2、H2S、HCl极性气体，存在电子位移极化和偶极子转向极化极性气体，存在电子位移极化和偶极子

21、转向极化 苯、苯、CCl4、聚丙烯、聚四氟乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯 乙醇、聚氯乙烯乙醇、聚氯乙烯 离子晶体离子晶体非极性液体或固体，只存在电子位移极化非极性液体或固体，只存在电子位移极化极性液体或固体，存在电子位移极化和偶极子转向极化极性液体或固体，存在电子位移极化和偶极子转向极化存在电子位移极化和离子位移极化；有的还存在离子松弛极化和存在电子位移极化和离子位移极化；有的还存在离子松弛极化和自发极化（如自发极化（如BaTiO3）4-1-2 电介质的介质损耗电介质的介质损耗l 电子位移极化和离子位移极化电子位移极化和离子位移极化建立的时间极短，可以与可见光的周期相比拟，建立的时间极短，可以与可见

22、光的周期相比拟， 在远低于光频的无线电频率范围，这两种极化在远低于光频的无线电频率范围，这两种极化可以看成是即时的可以看成是即时的，称为，称为瞬时极化瞬时极化。偶极子取向极化、离子松弛极化、空间电荷极化和自发极化偶极子取向极化、离子松弛极化、空间电荷极化和自发极化建立的时间较长，建立的时间较长，称为称为缓慢极化缓慢极化，也称弛豫极化。，也称弛豫极化。l 在静电场下测得的介电常数称为静态介电常数（在静电场下测得的介电常数称为静态介电常数（s）。）。+瞬时极化与交变电场完全同步，瞬时极化与交变电场完全同步，其极化强度与电场间其极化强度与电场间没有相位差没有相位差。+缓慢极化需要经过一段时间才能达到

23、缓慢极化需要经过一段时间才能达到相应电场下的最大极化值；相应电场下的最大极化值；缓慢极化强度与电场之间缓慢极化强度与电场之间存在相位差存在相位差。0E0El 随着交变电场频率的不同，介质的极化响应分随着交变电场频率的不同，介质的极化响应分3种情况：种情况： 频率很低频率很低：各种极化的建立跟得上电场的变化，介质的极化响应：各种极化的建立跟得上电场的变化，介质的极化响应 同静电场情形；同静电场情形； 频率极高频率极高：弛豫极化完全来不及建立，不必考虑；：弛豫极化完全来不及建立，不必考虑； 瞬时极化仍同静电场情形；瞬时极化仍同静电场情形； 介于中间：介于中间：出现极化损耗出现极化损耗，介电常数随电

24、场频率变化。，介电常数随电场频率变化。1. 极化损耗极化损耗余弦交变电场：余弦交变电场：tEE0costDD0cos介质的位移电流密度：介质的位移电流密度： 电场频率很低时：电场频率很低时： 极化跟得上电场的变化，电位移极化跟得上电场的变化，电位移D（ ）与电场）与电场E之间没有相位差：之间没有相位差：PED0)2cos(sin-tDtDDj00dtd单位时间内单位体积消耗的能量：单位时间内单位体积消耗的能量：dtEjW202交变电场频率很低时，介质中没有极化损耗。交变电场频率很低时，介质中没有极化损耗。tdttcossin220200ED0 电场频率较高时：电场频率较高时：余弦交变电场：余弦

25、交变电场：tEE0cos)-(costDD0某些类型的极化不能完全跟上电场的变化，电位移某些类型的极化不能完全跟上电场的变化，电位移D（ ）与电场与电场E之间出现相位差之间出现相位差 ：t Dt DD00sinsincoscos介质的位移电流密度：介质的位移电流密度：tDtDDj00cossinsincos-dtd：不导致介质中出现能量损耗：不导致介质中出现能量损耗：单位时间单位体积的介质中能量损耗：单位时间单位体积的介质中能量损耗：sin200EDWl 当极化滞后于交变电场变化时，介质中产生能量损耗，称为当极化滞后于交变电场变化时，介质中产生能量损耗，称为极化损耗极化损耗；PED0l 极化损

26、耗与电场频率极化损耗与电场频率 及及 有关，相角有关，相角 称为称为电介质损耗角电介质损耗角。2. 复介电常数复介电常数用复数表示交变电场下的上述关系：用复数表示交变电场下的上述关系：复电场强度：复电场强度：tEE0iexptEtEE00sinicos或或复电位移：复电位移：)i (exptDD0tDtDD00sinicos当极化跟不上外电场的变化时，当极化跟不上外电场的变化时， 与与 之间有之间有 角的相位差：角的相位差：DE)-i(exptDD0根据介电常数的定义（根据介电常数的定义（ ），引入复相对介电常数，习惯称为），引入复相对介电常数，习惯称为复介电常数复介电常数：ED0rED0r当

27、电位移和电场强度同位相时：当电位移和电场强度同位相时：当电位移和电场强度有相位差时：当电位移和电场强度有相位差时：i-exp000rED000rED是实数；是实数；是复数。是复数。EDDjr0iidtd介质的复位移电流密度：介质的复位移电流密度：EEr0r0 i0r0E-tsin0r0E tcos的实数部分：的实数部分：的实数部分：的实数部分： irrr复介电常数：复介电常数：)i (exptDD0tEtEE00sinicos没有能量损耗：无功电流密度没有能量损耗：无功电流密度产生能量损耗：有功电流密度产生能量损耗：有功电流密度20 210EWr单位时间单位体积极化损耗的能量为：单位时间单位体

28、积极化损耗的能量为： r在实际应用中，介质损耗常用在实际应用中，介质损耗常用 值来表示：值来表示：tan tanrr称为称为介质损耗角正切介质损耗角正切。tan（损耗因子）（损耗因子）3. 德拜方程德拜方程221- sr221-sr22- tanssrr由极化弛豫过程，德拜首先提出并建立了由极化弛豫过程，德拜首先提出并建立了复介电常数与频率之间的关系复介电常数与频率之间的关系，称为称为德拜方程：德拜方程：s：频率：频率 ，即静电场时的介电常数，称静态介电常数，即静电场时的介电常数，称静态介电常数0：频率：频率 时的介电常数，称光频介电常数时的介电常数，称光频介电常数：弛豫时间，极化强度降为最大

29、值的：弛豫时间，极化强度降为最大值的1/e时所需要的时间时所需要的时间22sr- 122sr-13.1 复介电常数的频率特性复介电常数的频率特性：随频率的增加而降低，从静态值：随频率的增加而降低，从静态值 降至光频值降至光频值 ；1） 时：时： ， ，即静电场下的情况；，即静电场下的情况；0sr0 r2） 时：时： ， ，即光频下的情况；，即光频下的情况；0 rr3） 在在 之间时：之间时：0 rrs：随频率的增加出现极值，极值频率：随频率的增加出现极值，极值频率 。1-mrlgs rm2s2s 时：时：1-sr- sr r大致正比于大致正比于，；- sr 时：时：1-r大致反比于大致反比于，

30、 r； 附近：附近： 和和 发生剧烈变化，称为发生剧烈变化，称为弥散区域弥散区域。 rr1-22ssrr- tan3.2 的频率特性的频率特性tantan随频率的增加出现极值，极值频率：随频率的增加出现极值，极值频率：Otanlgmss2-sm1tan的频率特性与的频率特性与 类似：类似： r1- 时：时： 大致与大致与 成正比；成正比；时：时： 大致与大致与 成反比；成反比；1-m时：通过极大值。时：通过极大值。 mss-tan-tans4. 介电常数与温度的关系介电常数与温度的关系EEe00rn1l n0：i宏观介电常数与微观参数：介质单位体积中的极化粒子数、宏观介电常数与微观参数：介质单

31、位体积中的极化粒子数、粒子的极化率及有效电场有关，考察粒子的极化率及有效电场有关，考察 随温度的变化关系，随温度的变化关系，只需研究只需研究n0、 、和、和 Ee 随温度的变化关系随温度的变化关系。rl Ee：气体、非极性介质、高度对称和完全无序介质：气体、非极性介质、高度对称和完全无序介质 洛伦兹有效电场；洛伦兹有效电场； 在离子晶体中，与离子种类、晶体结构等有关。在离子晶体中，与离子种类、晶体结构等有关。l ： 电子位移极化率：与温度无关；电子位移极化率：与温度无关； 离子位移极化：离子位移极化：T ， 离子间距膨胀，离子间距膨胀，a ， ； 自发极化：与相变和晶体结构等因素有关。自发极化

32、：与相变和晶体结构等因素有关。 偶极子取向极化、离子松弛极化：温度升高，抗取向性增强，极化率下降；偶极子取向极化、离子松弛极化：温度升高，抗取向性增强，极化率下降；温度升高，由于热膨胀，单位体积内的粒子数减少；温度升高，由于热膨胀，单位体积内的粒子数减少；5. 计及漏导电流时的介质损耗计及漏导电流时的介质损耗l 任何介质都不是理想的绝缘体，在加上交变电场后，除极化损耗外，任何介质都不是理想的绝缘体，在加上交变电场后，除极化损耗外， 还有漏导电流产生，电流做功，以热的形式散发出来，形成介质损还有漏导电流产生，电流做功，以热的形式散发出来，形成介质损 耗的一部分，称为耗的一部分，称为漏导损耗漏导损

33、耗，也称，也称电导损耗电导损耗。GPtantantanl 介质损耗：介质损耗：Ptan：极化引起的损耗角正切；：极化引起的损耗角正切；Gtan：电导引起的损耗角正切；：电导引起的损耗角正切；22-ssPtan)11(tans0G22-( 为介质的电导率为介质的电导率)： ，只有电导电流引起的损耗：，只有电导电流引起的损耗：1）0tanP00s0tanl 与频率的关系：与频率的关系：tan3）随着频率的升高，极化损耗开始起作用，出现损耗峰值；）随着频率的升高，极化损耗开始起作用，出现损耗峰值；2）频率很低时：频率很低时： 可忽略不计；损耗主要由电导引起：可忽略不计；损耗主要由电导引起：Ptan1

34、tans04）频率极高时：频率极高时： 1-tan0s22Ptan-ss)11(tan220G-stanlg1）2）3）4）Ol 与电导率与电导率 的关系：的关系：tan当电介质的电导增加时，漏导损耗的比例就相应增加；当电介质的电导增加时，漏导损耗的比例就相应增加；1） 很小时：明显的极化损耗特征；很小时：明显的极化损耗特征；2） 逐渐增大时：极化损耗极大值逐渐变得不明显；逐渐增大时：极化损耗极大值逐渐变得不明显；3） 很大时：极大值完全被淹没，很大时：极大值完全被淹没， 随频率增加迅速下降，随频率增加迅速下降， 表现出明显的电导损耗特征。表现出明显的电导损耗特征。tantan12345543

35、21O22Ptan-ss)11(tan220G-s电导率电导率 与温度的关系：与温度的关系：）（T/B-Aexp低温区：极化损耗为主；低温区：极化损耗为主；高温区：漏导损耗呈指数急剧上升。高温区：漏导损耗呈指数急剧上升。OTtan极化损耗极化损耗漏漏导导损损耗耗l 与温度的关系：与温度的关系：tanOtanT1234554321tan 与温度的关系，随着与温度的关系，随着 的增加，的增加， 极化损耗也逐渐被电导损耗覆盖。极化损耗也逐渐被电导损耗覆盖。22Ptan-ss)11(tan220G-s1. 电介质的电导电介质的电导4-1-3 电介质的电导和击穿电介质的电导和击穿l 实际电介质中或多或少

36、地存在着一定量的自由带电粒子，在不高的外电场下，实际电介质中或多或少地存在着一定量的自由带电粒子，在不高的外电场下， 这些载流子定向迁移，形成很小的电流，称为这些载流子定向迁移，形成很小的电流，称为漏导电流漏导电流。l 若电介质中正负载流子的浓度相同，均为若电介质中正负载流子的浓度相同，均为n，每个载流子的带电量为，每个载流子的带电量为q，则，则 介质中的电流密度为：介质中的电流密度为：E)()(qnqnjn欧姆定律：欧姆定律：Ej （ 为电介质的为电介质的电导率电导率）)(1qn单单位位截截面面q 电导率和电阻率直接表征了介质绝缘性能的优劣；电导率和电阻率直接表征了介质绝缘性能的优劣； 电场

37、不高时，电导率与电场无关；电场不高时，电导率与电场无关； 提高介质的绝缘性：提高介质的绝缘性： 减少载流子数；减少载流子数； 降低迁移率。降低迁移率。l 正负载流子的迁移速率与外电场强度成正比：正负载流子的迁移速率与外电场强度成正比：EE-（ 和和 为迁移率）为迁移率）-；+q2. 电介质的击穿电介质的击穿l 当电场强度相当高时，电导率随当电场强度相当高时，电导率随 E 升高迅速增加；若电场继续升高，介质的升高迅速增加；若电场继续升高，介质的 电导将突然急剧增加，电介质的绝缘性被破坏电导将突然急剧增加，电介质的绝缘性被破坏，几乎变成导体，称为，几乎变成导体，称为介质击穿介质击穿。l 发生电击穿

38、时的临界电压称为击穿电压；相应的临界电场强度称为发生电击穿时的临界电压称为击穿电压；相应的临界电场强度称为抗电强度（抗电强度（Eb）。 抗电强度表征了电介质承受电场作用能力的高低。抗电强度表征了电介质承受电场作用能力的高低。 抗电强度有时也称抗电强度有时也称击穿强度击穿强度。l 介质击穿的主要形式：介质击穿的主要形式：电击穿电击穿电介质的结构直接被电场力所破坏；电介质的结构直接被电场力所破坏；热击穿热击穿由于电介质材料的介质损耗导致电介质发热而被破坏；由于电介质材料的介质损耗导致电介质发热而被破坏；电化学击穿电化学击穿由于外加电压的作用，致使电介质内部发生化学变化而引起击穿。由于外加电压的作用，致使电介质内部发生化学变化而引起击穿。4-1-4 电介质材料的非电性能电介质材料的非电性能1. 热稳定性热稳定性介电常数温度系数：介电常数温度系数：Tdd1l 热稳定性：热稳定性：在温度变化时，电介质材料的电参数