西安交通大学：《高电压绝缘专论》研究生课程教学资源（课件讲稿）04 电介质在电场作用下发生的现象

电介质（Dielectric）的定义电介质的定义：指在电场的作用下能建立极化的一切物质，电介质的本质特征是以极化的方式传递、存储或记录电场的作用和影响，介电常数是表征电介质的最基本的参量材料的介电性能决定于感应极化的产生及其随时间的建立过程，而介电常数随频率和温度的变化是决定电介质应用的重要因素。广义上来说，电介质不仅包括绝缘材料，而包括各种功能材料，如压电、热释电、光电、铁电等材料，甚至包括金属材料但电介质中主要起作用的是束缚电荷，而金属材料的介电性能不涉及束缚电荷，故不列入电介质范畴。-16-《高电压绝缘专论》Xi'an Jiaotong University

Xi’an Jiaotong University 《高 电 压 绝 缘 专 论》 -16- 电介质(Dielectric)的定义 q 电介质的定义：指在电场的作用下能建立极化的一切物质。 q 电介质的本质特征是以极化的方式传递、存储或记录电场 的作用和影响，介电常数是表征电介质的最基本的参量。 q 材料的介电性能决定于感应极化的产生及其随时间的建立 过程，而介电常数随频率和温度的变化是决定电介质应用 的重要因素。 q 广义上来说，电介质不仅包括绝缘材料，而且包括各种功 能材料，如压电、热释电、光电、铁电等材料，甚至包括 金属材料。 q 但电介质中主要起作用的是束缚电荷，而金属材料的介电 性能不涉及束缚电荷，故不列入电介质范畴

电介质极化(Polarization)的定义导体中的自由电荷在电场作用下定向运动形成传导电流但在电介质中，原子、分子或离子中的正负电荷则以共价键或通常称为束缚电荷离子键的形式被相互强烈地束缚着，在电场作用下，正、负束缚电荷只能在微观尺度上作相对位移，正负束缚电荷间的相对偏移，产生感应不能作定向运动。偶极矩。在外电场作用下，电介质内部感生偶极矩的现象，称为电介质的极化注意：铁电体中自发极化的产生是不需要外加电场诱导的完全是由特殊晶体结构诱发的。-17-《高电压绝缘专论》Xi'anJiaotong University

Xi’an Jiaotong University 《高 电 压 绝 缘 专 论》 -17- 电介质极化(Polarization)的定义 导体中的自由电荷在电场作用下定向运动，形成传导电流。 但在电介质中，原子、分子或离子中的正负电荷则以共价键或 离子键的形式被相互强烈地束缚着，通常称为束缚电荷。 注意：铁电体中自发极化的产生是不需要外加电场诱导的， 完全是由特殊晶体结构诱发的。 在电场作用下，正、负束缚电荷只能在微观尺度上作相对位 移，不能作定向运动。正负束缚电荷间的相对偏移，产生感应 偶极矩。在外电场作用下，电介质内部感生偶极矩的现象，称 为电介质的极化

电介质的微观图象非极性分子non-polar molecules极性分子polar moleculesp=ql电场对电介质分子的影响无电场时热运动---紊乱、电中性极性分子非极性分子饮-18-《高电压绝缘专论》Xi'an Jiaotong University

Xi’an Jiaotong University 《高 电 压 绝 缘 专 论》 -18- 电介质的微观图象 非极性分子 non-polar molecules +- 极性分子 polar molecules + - p ql    电场对电介质分子的影响 无电场时 非极性分子 极性分子 热运动-紊乱、电中性

电介质的极化机制(PolarizationMechanisms）电子位移极化离子位移极化ElectronicPolarizationIonicPolarizationEE=0EE=0Oo0告空间电荷极化偶极子趋向极化DipolarPolarizationDipolar PolarizationEE=0EE=0-19-《高电压绝缘专论》Xi'an Jiaotong University

Xi’an Jiaotong University 《高 电 压 绝 缘 专 论》 -19- 电介质的极化机制(Polarization Mechanisms)

夹层介质界面极化R1UiC11UU2212CnR2UU(RC, - RC)U10 / U20 = C, / C-t/ti(t)R + R2(C, +C2)(R +R)R,R2Ui. / U2 = R / RRRT =(C)+C2R + RRRCt/U,(t)=UR, + R,R +R,C-20-《高电压绝缘专论》Xi'an Jiaotong University

Xi’an Jiaotong University 《高 电 压 绝 缘 专 论》 -20- R2 C1 R1 C2 10 20 2 1 U /U  C /C 1 2 1 2 U  /U   R / R 夹层介质界面极化 1， 1 2， 2 U1 U2 U t  e C C R R R R U R C R C R R U i t        1 2 1 2 2 1 2 2 2 2 1 1 1 2 ( ) ( ) ( ) ( ) 1 2 1 2 1 2 ( ) R R R R C C     t  e R R R C C C U R R R U t U       ( )  ( ) 1 2 1 1 2 2 1 2 1 1