电介质文字叙述题部分总结.docx

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电介质文字叙述题部分总结

电介质文字叙述

退极化电场：

电介质极化以后，电介质表面的极化电荷将削弱极板上的自由电荷所形成的电场。

K-M方程的应用范围：

非极性气体电介质、低压力极性气体电介质或高对称性的立方点阵原子、离子晶体。

介电系数的温度系数的定义：

温度变化一度时，介电系数的相对变化率。

瞬间极化：

极化完成的时间在光频范围内的电子、离子位移极化。

缓慢式极化：

在无线电频率范围内的松弛极化、自发式极化。

上述两者对应微观机制的差别：

电子、离子的位移极化的极化完成的时间非常短，在10-2~10-15秒的范围内，当外电场的频率在光频范围内时，极化能跟得上外电场交变频率的变化，不会产生极化损耗；而松弛极化的完成所需时间比较长，当外电场的频率比较高时，极化能跟不上交变电场的频率变化，产生极化滞后的现象，出现松弛极化损耗。

在交变电场作用下，实际电介质的介电系数为什么要用用复介电系数来描述?

答：

由于在交变电场下电介质既有通常意义上的极化效应，也有由于极化跟不上电场变化产生的松弛极化损耗，这两者效应的起源相同，并且相互联系。

因此为了描述电介质在交变电场的性质，使用复介电常数，其实部描述普通意义上的极化，虚部描述介质的松弛极化损耗。

实部和虚部通过Krames-Kroning公式相互联系。

进一步的对于德拜型弛豫，其实部和虚部满足德拜方程，并可画成Cole-Cole图。

如何判断电介质是具有松弛极化的介质?

答：

在ωτ≈1的介质的反常弥散区附近，由于介质的极化滞后于电场的变化，引起有效介电系数ꜫ’、损耗功率W随着频率迅速变化，以及tanδ出现最大值，这些是具有松弛极化的电介质的显著特征，可以作为极性电介质的判断依据。

为什么在工程技术中表征电介质中的介质损耗时不用损耗功率W，而以用损耗角正切tanδ?

为何在实际测量中得到的tanδ~ω关系曲线中往往没有峰值的出现？

且作图表示。

答：

因为tanδ是材料的本征特征，而损耗功率W与材料的形状、大小和外加电压都密切相关，且损耗功率可利用tanδ结合材料的介电系数计算出来，因此工程上都用tanδ而不用W。

在许多介质，特别是在组合绝缘的介质中，由于介质中有不同类的质点，tanδ将出现多个峰值。

若介质有一组相互很接近的松弛时间，那么tanδ峰值的包络线占据很宽的频率范围，变得平缓。

这就是多个松弛时间的介质中观察到的反常弥散区变宽，tanδ峰值不明确的原因。

用什么方法可以确定极性介质的松弛时间是分布函数？

答：

测量介质在整个频段的介电系数及损耗，作出ꜫ’与ꜫ”的关系曲线图，根据其图的图型与标准的Cole-Cole图相比较，即可判断。

为何在电子元器件的检测时，要规定检测的条件？

答：

因为电子元器件的参数，如ꜫ、tanδ、ρ等都与外场频率、环境温度条件有关。

所以在检测时要说明一定的检测条件。

什么是电晕放电、刷形放点和飞弧？

在均匀电场和不均匀电场中这几种放电现象有何不同？

答：

在不均匀电场中（实际上器件中电场分布大都是这种情况），当器件中某一区域的电压达到起始游离电压值时，首先在这一区域出现淡紫色的辉光——电晕，形成一稳定的区域放电；电压进一步提高，电晕变成刷形放电，形成几道明亮的光束，呈现出来的是树枝状的火花放电，但这时放电还未达到对面电极，只是光束的位置不断地改变；电压再升高，树枝状的火花闪电般地到达对面电极，形成贯穿电极间的飞弧，这样就导致了气体电介质最后被击穿。

在均匀电场中，电晕、刷形放电、飞弧几乎同时发生，所以一出现电晕，气体电介质很快就被击穿了。

在不均匀电场中，当极间距离很小时，放电的最后两个阶段也分辨不出来，只是在大距离的情况下能分别开来。

在针尖对平板的不均匀电场中，气体介质击穿时，为什么负针极比正针极的击穿电压高?

答：

当针尖为正时，正的空间电荷削弱了针尖附近的电场，加强了正空间电荷到负极板之间的弱电场。

这种情况相当于高电场区由针尖移向板极，像是正电极向负极板延伸了一段距离，因此击穿电压比针尖为负时低。

当针尖为负时，针电极虽然加强了针尖附近的电场，但却削弱了板极附近本来就相对弱的电场。

虽然这使得电子崩的崩头附近得到加强，使崩头扩张速度增大，但在崩尾处因电场削弱，使得崩尾的扩张速度缓慢甚至停止。

因此负针极-板极的击穿电压高于正针极-板极的击穿电压。

气体介质自持放电的条件是什么？

答：

自持放电要求，在产生初始电子的外部条件撤除后，放电仍能维持或增长。

每个电子在阳极消失时都能由自身引起的过程重新产生一个“后代”，这样纵然消失外电离因素，放电依然能够维持下去不停止。

依气体介质的碰撞电离理论，要使气体分子电离必须满足什么条件?

答：

当荷电量为e的电子在电场E的作用下移动x距离而未与分子碰撞时，电子积累的能量为eEx。

要使电子分离，必须使eEx1≥eU。

式中，U为气体分子的电离单位：

eU为气体分子的电离能。

当x1≥U/E，气体分子才能电离。

巴申定律的应用：

工程上，通过应用高抗电强度的气体，抽高真空或加大气压，来提高气隙耐电强度。

离子位移极化、热离子松弛极化、离子电导的区别在哪些方面？

答：

离子位移极化是离子晶体中正负本征离子在电场作用下沿相反方向位移形成，离子不能脱离格点的位置。

离子位移极化响应速度快，与温度无关。

热离子松弛极化是固体电介质中弱系离子被热运动激发，并在电场作用下脱离平衡位置沿电场方向过剩跃迁，形成电矩而成。

这种极化依赖于温度对离子的激发，完成的时间长、且当外场频率较高时，极化方向的改变往往滞后于外电场的变化，产生“松弛”。

离子电导分为本征离子电导和弱系离子电导，是本征离子或弱系离子在热运动的激发下，离开平衡位置成为导电载流子，构成离子电导。

它与离子位移极化的区别在于离子需要热运动激发且离开格点位置运动。

它与热离子松弛极化的区别在于：

松弛极化只有弱系离子参数，强调的是电场作用下弱系离子重新分布产生的电矩；而离子电导不仅有弱系离子，还有本征离子参与，侧重于研究所有离子被热激发的几率和在电场作用下的定向迁移速度。

固体电介质的热击穿的原因是什么？

固体电介质热击穿与哪些因素有关？

关系如何？

如何提高固体电介质的热击穿电压？

答：

在强电场下，由于电介质局部由于介电损耗和电导产生的热量超过了通过环境散热的极限，从而温度上升并导致电介质损耗进一步加大，发热进一步加剧，由此下去最终导致介质局部结构的高温破坏，这就是固体电介质的热击穿。

固体的热击穿与介质的厚度、应用的电场大小和频率、介质的散热条件、以及自身的介电损耗特性和耐热性能都有关系。

①击穿电压与电介质的厚度的关系：

当厚度较小时，随厚度的增加，击穿场强迅速降低，当厚度较大时，厚度的增加对场强影响不大（击穿电压随厚度的增加而线性地增长）②击穿电压与温度的关系：

随温度的增长，热击穿电压呈指数曲线下降（对数坐标图上线性关系），与电阻率随温度变化的定性关系一致。

③击穿电压与频率的关系：

当频率增加，极化损耗增加，热击穿电压降低。

为提高器件的热击穿性能，可选取电阻率大、损耗小、耐热和导热性能优良的电介质材料，并采取有效的散热措施，如增加散热面积、涂覆辐射系数大的颜色（如红色）等。

简要叙述瓦格纳的热击穿理论；瓦格纳的热击穿理论的实用性如何？

答：

假设固体介质置于两个平板电极之间，该介质有一处或几处的电阻比其周围小得多，构成电介质中的低阻导电通道，当在平板电极间加上一电压后，则电流主要集中在这导电通道内，则此导电通道由于电流通过二产生大量的热量，如果发热量大于散热量，导电通道的温度降不断上升，导致热击穿，称为瓦格纳热击穿理论。

瓦格纳热击穿理论的最大不足在于：

其假设的通道的电导率要比周围的电介质的电导率大得多才能成立，然而，对于均匀的电介质来说，理论的假设不够充分；有关通道的本质、大小、电导率和散热系数的热量关系，用实验的方法难以获得。

因此，瓦格纳热击穿理论只能定性地给热击穿一个概念。

固体介质的击穿有哪几种类型？

与气体介质相比有何不同？

答：

固体介质的击穿有三类：

①热击穿②电击穿③电化学击穿。

与气体介质相比：

①固体介质的击穿场强较高，但固体介质击穿后在材料中留下不能恢复的痕迹，如烧焦或溶化的通道、裂缝等，即使去掉外加电压，也不像气体一样能自行恢复。

②组成固体的原子（包括离子成分子）不像在气体中那样作任意的布朗运动。

而只能在自己的平衡位置（晶格节点）附近作微小的热振动。

固体中相邻粒子间的热振动总互相关联的，形成具有—系列频率的晶格波。

③固体原子的彼此接近改变了单个原子的核外电子分布，单个原于中的分立电子能级变成能带，处在满带的电子相当于束缚电子，处于导带中的电子则可以看成是具有有效质量为m*的自由电子，当满带电子得到足够的能量而越过禁带时，就分发生电离离，因此禁带能量就相当于电子的电离能。

④与气体小电子和分子等的碰撞相类似的过程是固体中电子与晶格波的相互作用，在这种相互作用，可以是电子失去能量而被制动，也可以是电子从晶格波得到能量而进一加速，但在低场强度时，平均作用是电子的制动，只有外电场很强时，电子才可以获得引起碰撞电离的能量。

什么是固体介质在空气中的沿面放电？

沿面放电有何特点和危害？

如何防止高压、大功率的电子陶瓷器件在空气中的沿面放电?

答：

在固体电介质的击穿实验或高压器件中，我们往往发现固体电介质本身并未被击穿，而器件表面却产生了火花，使器件不能正常的工作。

这种现象是由于器件表面的不均匀，造成了个别区域的电场强度集中，使空气首先发生游离。

进一步研究还发现，沿固体电介质表面的击穿电压比同一厚度的空气的击穿电压还要低。

这种现象称为固体介质在空气中的沿面放电。

沿面放电的特点：

①沿面放电电压低于气体的放电电压。

②沿面放电电压与固体电介质的表面状态有关，如吸潮、污染等。

③交流电压下的沿面放电电压比直流下的低。

④沿面放电电压与电极的布置、形状有关。

沿面放电的危害：

导致器件表面产生火花，之后不能正常使用防止高压、大功率的电子陶瓷器件在空气中的沿面放电可：

1、采用灌封保证电极清洁不吸潮；2、改变电极的形状，使它圆滑，消除电场的集中，如采用半球圆槽围边、加厚电介质的边沿、延长放电距离等。

固体电介质的体积电导和表面电导有和区别？

答：

电介质的体积电导是电介质的一个物理特性参数，主要取决于电介质本身的组成、结构、杂质含量及电介质所处的工作条件（如温度、气压、辐射等）。

这种体积电导电流流经整个电介质。

电介质的表面电导不仅与电介质本身的性质有关，而且还与周围的环境温度、湿度、表面结构以及形状、表面沾污等情况密切相关。

固体电介质的电导主要有哪几种类型。

其电导率与温度关系如何？

答：

固体电介质的电导按导电载流子种类可以分为离子电导和电子电导两种。

在弱电场下，主要是离子电导。

根据离子来源有：

本征离子和弱束缚离子。

电导率与温度的关系可表示为：

第一项表示本征离子电导，第二项表示弱系离子电导。

由于弱系离子浓度比本征离子浓度小得多，一般

。

低温时以弱系离子电导为主

高温时以本征离子电导为主

。

强电场中主要是电子电导，也有本征载流子和非本征载流子之分，主要是本征载流子，电子电导率与温度的关系可表达成：

。

流经介质电容器的电流是由哪几部分组成的？

答：

1.容性无功电流I∞；2.松弛介质无功电流Irr；3.松弛介质有功电流IrG；4.电导电流IR。