试谈材料的电学性能(ppt 18页).ppt

1、一、电介质极化二、电介质损耗三、介电强度四、电介质导电性,第二章材料的电学性能,2.3材料的介电性能,二、电介质损耗,2.3材料的介电性能,1、电介质损耗概念2、电介质损耗微观机理,二、电介质损耗,1、电介质损耗概念,任何电介质在电场作用下，总有部分电能转化为热能，单位时间内因发热而消耗的能量称为电介质损耗,交变电压产生电流功率介电材料功率损失,理想电介质：=/2,实际电介质：/2，=/2-,单位体积电介质：,品质因素Q值：Q=1/tan，材料的一个本征性质。,介质损耗角tan：意义在于：有功电流密度和无功电流密度之比，其值越大，介质损耗越大,二、电介质损耗,二、电介质损耗,2、电介质损耗的微

2、观机理,电导（漏导）损耗：在电场作用下，介质中会有泄漏电流流过，引起电导损耗。（束缚较弱的带电质点的宏观运动引起的能量损耗）（交变电场频率很低时）极化损耗：由于各种电介质极化的建立所造成的电流引起的损耗。（只有缓慢极化过程才会引起能量损耗，如偶极子的极化损耗）。共振吸收损耗：对于离子晶体，外电场的频率等于晶格振动光频波的频率，则发生共振吸收。带电质点吸收外电场能量，电介质极化强度逐渐增加，最后通过质点间的碰撞和电磁波的辐射把能量耗散掉，这种损失就是光学材料的光吸收的本质。,2、电介质损耗的微观机理,德拜公式,德拜公式结论：,极化损耗与交变电场频率、松弛时间关系,讨论介质损耗的意义,绝缘结构设计

3、时必须注意到绝缘材料的tg用于冲击测量的连接电缆，其绝缘的tg必须很小在绝缘预防性试验中，tg是一项基本测试项目，当绝缘受潮或劣化时，tg急剧上升。介质损耗引起的发热有时也可以利用,三、介电强度,介质在电场中的破坏,热击穿,电击穿,局部放电击穿,介质在电场中的破坏,介质的击穿:介质的特性是指在一定的电场强度范围内的材料的特性。当电场强度超过某一临界值时，介质由介电状态变为导电状态。这种现象称介电强度的破坏，或叫介质的击穿。（电介质分子的正负电荷中心被拉开，甚至脱离约束而成为自由电荷，电介质变为导电材料）介电强度：相应的临界电场强度称为，或称为击穿电场强度。击穿电压：电介质（或电容器）击穿时两极

4、板的电压。击穿类型分为三种：热击穿、电击穿、局部放电击穿。,击穿过程非常复杂，影响因素如下：内因：固体结构及其分子组成外因(实验条件)：周围媒质的温度、电压频率、电压增加的速度、加压的时间、电极与试样的情况,击穿,电击穿,本征电击穿理论“雪崩”电击穿理论,固体电击穿理论是在气体放电的碰撞电离理论基础上建立的。,本征电击穿理论,与介质中自由电子有关，室温下即可发生，发生时间很短(10-810-7s)。介质中的自由电子的来源：（）杂质或缺陷能级；（）价带。,“雪崩”电击穿理论,“雪崩”电击穿理论以碰撞电离后自由电子数倍增到一定数值作为电击穿判据。“雪崩”电击穿和本征电击穿在理论上有明显的区别：本征

5、击穿理论中增加导电电子是继稳态破坏后突然发生的，而“雪崩”击穿是考虑到高场强时，导电电子倍增过程逐渐达到难以忍受的程度，最终介质晶格破坏。,热击穿,热击穿的本质是:处于电场中的介质，由于其中的介质损耗而受热，当外加电压足够高时，可能从散热与发热的热平衡状态转入不平衡状态，若发出的热量比散去的多，介质温度将愈来愈高，直至出现永久性损坏，这就是热击穿。,局部放电击穿,局部放电击穿的本质是:某些陶瓷材料有气泡。,材料中气泡的及很小，因此加上电压后气泡上的电场较高，介电强度远低于固体介质，所以首先气泡击穿，引起气体放电（电离）产生大量的热，容易引起整个介质击穿。由于在产生热量的同时，形成相当高的内应力，材料也易丧失机械强度而被破坏，这种击穿称为电一机械一热击穿。,四、电介质的导电性,电子电导：载流子电子和空穴，传递电荷（高电场）离子电导：载流子离子和离子空位，接力式运动传递物质微粒（低电场）,传导电