固体电介质极化和损耗.ppt
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1、关于固体电介质的极化与损耗第一张,PPT共十九页,创作于2022年6月 电介质的介电常数也称为电容率,是描述电介质极化的宏观参数。电介质极化的强弱可用介电常数的大小来表示,它与该介质分子的极性强弱有关,还受到温度、外加电场频率等因素的影响。3.1.1 固体电介质的介电常数 电介质的相对介电常数为 式中,D、E分别为电介质中电通量密度、宏观电场强度。(3-1)第二张,PPT共十九页,创作于2022年6月平板电容器的介电常数图3-1 平板电容器中的电荷和电场分布(a)真空 (b)充以介质 电荷面密度极板间真空中的电场强度(3-2)视频链接第三张,PPT共十九页,创作于2022年6月真空电容器的电容
2、量为 当极板间充以均匀各向同性的电介质时(见图3-1(b)),在电场作用下电介质产生极化,极板上自由电荷面密度应为(3-3)(3-4)第四张,PPT共十九页,创作于2022年6月 充以电介质后电容器的电容量为 显然,极板间充以电介质后,由于电介质的极化使电容器的电容量比真空时增加了,因此,可以用充以介质后电容量的变化来描述电介质极化的性能。(3-5)第五张,PPT共十九页,创作于2022年6月 电容器充以某电介质时的电容量C与真空时电容量C0的比值为该介质的相对介电常数,即 是一个相对的量,叫做相对介电常数,是大于1的常数。(3-6)第六张,PPT共十九页,创作于2022年6月 根据电介质极化
3、强度P的定义,当电介质中每个分子在电场方向的感应偶极矩为 时,则有 式中,N电介质单位体积中的分子数。若作用于分子的有效电场强度为 ,则分子的感应偶极矩可以认为与 成正比,即 式中,比例常数 称为分子极化率,在SI单位制中的单位为 。(3-8)(3-9)第七张,PPT共十九页,创作于2022年6月 于是根据式(3-8)和式(3-9),可得电介质极化的宏、微观参数的关系为 亦可写成 上式建立了电介质极化的宏观参数 与分子微观参数 的关系。一般来说,作用于分子上的电场强度 不等于介质中的宏观平均电场强度E,称Ei为电介质的有效电场或内电场。式(3-11)又称为克劳休斯(Clausius)方程。(3
4、-10)(3-11)第八张,PPT共十九页,创作于2022年6月1.非极性固体电介质 这类介质在外电场作用下,按其物质结构只能发生电子位移极化,其极化率为 。如不考虑聚合物微观结构的不均匀性(高分子聚合物中晶态和非晶态并存)和晶体介质介电常数的各向异性,非极性固体介质的有效电场 (莫索缔有效电场),介电常数与极化率的关系符合克莫方程。第九张,PPT共十九页,创作于2022年6月2.极性固体电介质 极性固体电介质在外电场作用下,除了发生电子位移极化外,还有极性分子的转向极化。由于转向极化的贡献,使介电常数明显地与温度有关。返回第十张,PPT共十九页,创作于2022年6月3.1.2 固体电介质的损
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