第十章材料的電學(xué)性能

1、第十章第十章 材料的電學(xué)性能材料的電學(xué)性能 第一節(jié)第一節(jié) 導(dǎo)電性能導(dǎo)電性能 第二節(jié)第二節(jié) 熱電性能熱電性能 第三節(jié)第三節(jié) 半導(dǎo)體導(dǎo)電性的敏感效應(yīng)半導(dǎo)體導(dǎo)電性的敏感效應(yīng) 第四節(jié)第四節(jié) 介質(zhì)極化與介電性能介質(zhì)極化與介電性能 第五節(jié)第五節(jié) 電介質(zhì)的介質(zhì)損耗電介質(zhì)的介質(zhì)損耗 第六節(jié)第六節(jié) 絕緣材料的抗電強度絕緣材料的抗電強度 第一節(jié)第一節(jié) 導(dǎo)電性能導(dǎo)電性能一一 電阻與導(dǎo)電的基本概念電阻與導(dǎo)電的基本概念1 1 導(dǎo)電導(dǎo)電 當(dāng)在材料的兩端施加電壓時，材料中當(dāng)在材料的兩端施加電壓時，材料中有電流流過有電流流過 歐姆定律歐姆定律2 2 電阻電阻 與材料的性質(zhì)有關(guān)，還與材料的長度與材料的性質(zhì)有關(guān)，還與材料的長度及

2、截面積有關(guān)及截面積有關(guān)3 3 電阻率電阻率 只與材料本性有關(guān)，而與導(dǎo)體的幾何只與材料本性有關(guān)，而與導(dǎo)體的幾何尺寸無關(guān)尺寸無關(guān) 評定導(dǎo)電性的基本參數(shù)評定導(dǎo)電性的基本參數(shù)4 4 電導(dǎo)率電導(dǎo)率 愈大，材料導(dǎo)電性能就越好愈大，材料導(dǎo)電性能就越好5 5 材料分類材料分類導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體導(dǎo)電能力相差很大，決定于結(jié)構(gòu)與導(dǎo)電本質(zhì)導(dǎo)電能力相差很大，決定于結(jié)構(gòu)與導(dǎo)電本質(zhì)第一節(jié)第一節(jié) 導(dǎo)電性能導(dǎo)電性能二二 導(dǎo)電機理導(dǎo)電機理1 1 金屬及半導(dǎo)體的導(dǎo)電機理金屬及半導(dǎo)體的導(dǎo)電機理(1)(1)經(jīng)典電子理論經(jīng)典電子理論 離子構(gòu)成了晶格點陣離子構(gòu)成了晶格點陣價電子是完全自由的（自由電子）價電子是完全自由

3、的（自由電子）第一節(jié)第一節(jié) 導(dǎo)電性能導(dǎo)電性能(2)(2)量子自由電子理論量子自由電子理論 原子的內(nèi)層電子保持著單個原子時原子的內(nèi)層電子保持著單個原子時的能量狀態(tài)的能量狀態(tài) 價電子按量子化具有不同的能級價電子按量子化具有不同的能級 遵循經(jīng)典力學(xué)氣體分子的運動規(guī)律遵循經(jīng)典力學(xué)氣體分子的運動規(guī)律 自由電子定向運動中，要不斷與正自由電子定向運動中，要不斷與正離子發(fā)生碰撞，是產(chǎn)生電阻的原因離子發(fā)生碰撞，是產(chǎn)生電阻的原因 電導(dǎo)率電導(dǎo)率 金屬的導(dǎo)電性取決于自由電子的數(shù)金屬的導(dǎo)電性取決于自由電子的數(shù)量、平均自由程和平均運動速度量、平均自由程和平均運動速度 第一節(jié)第一節(jié) 導(dǎo)電性能導(dǎo)電性能 電子具有波粒二象性運動

4、為著的電子具有波粒二象性運動為著的電子作為物質(zhì)波電子作為物質(zhì)波 一價金屬中自由電子的動能一價金屬中自由電子的動能 E E K K為波數(shù)頻率，表征自由電子可能為波數(shù)頻率，表征自由電子可能具有的能量狀態(tài)參數(shù)具有的能量狀態(tài)參數(shù) 從粒子的觀點看，曲線表示自由電從粒子的觀點看，曲線表示自由電子的能量與速度子的能量與速度( (或動量或動量) )之間的關(guān)系之間的關(guān)系 從波動的觀點看，曲線表示電子的從波動的觀點看，曲線表示電子的能量和波數(shù)之間的關(guān)系能量和波數(shù)之間的關(guān)系 電子的波數(shù)越大，則能量越高電子的波數(shù)越大，則能量越高 沒有加外加電場時自由電子沿正、沒有加外加電場時自由電子沿正、反方向運動著電子數(shù)量相同，沒

5、有電反方向運動著電子數(shù)量相同，沒有電流產(chǎn)生流產(chǎn)生第一節(jié)第一節(jié) 導(dǎo)電性能導(dǎo)電性能 在外加電場的作用下，從在外加電場的作用下，從而使正反向運動的電子數(shù)而使正反向運動的電子數(shù)不等，使金屬導(dǎo)電不等，使金屬導(dǎo)電 只有處于較高能態(tài)的自由只有處于較高能態(tài)的自由電子參與導(dǎo)電電子參與導(dǎo)電 缺陷和雜質(zhì)產(chǎn)生的靜態(tài)點缺陷和雜質(zhì)產(chǎn)生的靜態(tài)點陣畸變和熱振動引起的動陣畸變和熱振動引起的動態(tài)點陣畸變，對電磁波造態(tài)點陣畸變，對電磁波造成散射，成散射，形成電阻形成電阻 超導(dǎo)現(xiàn)象超導(dǎo)現(xiàn)象 一價金屬比二、三價金屬一價金屬比二、三價金屬導(dǎo)電性較好導(dǎo)電性較好 第一節(jié)第一節(jié) 導(dǎo)電性能導(dǎo)電性能 (3)(3)能帶理論能帶理論 能帶能帶 金屬中

6、的價電子是公有化和金屬中的價電子是公有化和能量是量子化能量是量子化 金屬中由離子所造成的勢場金屬中由離子所造成的勢場不是均勻的不是均勻的 價電子在金屬中的運動要受價電子在金屬中的運動要受到周期場的作用到周期場的作用 能帶發(fā)生分裂，即有某些能能帶發(fā)生分裂，即有某些能態(tài)是電子不能取值的態(tài)是電子不能取值的 禁帶禁帶 允帶允帶第一節(jié)第一節(jié) 導(dǎo)電性能導(dǎo)電性能 能帶結(jié)構(gòu)能帶結(jié)構(gòu) 空能級空能級 空能級電子是自由的，參與導(dǎo)電空能級電子是自由的，參與導(dǎo)電 導(dǎo)帶導(dǎo)帶 周期勢場的變化幅度越大，禁帶越寬周期勢場的變化幅度越大，禁帶越寬 導(dǎo)體、絕緣體、半導(dǎo)體能帶結(jié)構(gòu)特點導(dǎo)體、絕緣體、半導(dǎo)體能帶結(jié)構(gòu)特點第一節(jié) 導(dǎo)電性能導(dǎo)

7、體導(dǎo)體 允帶內(nèi)的能級未被填滿，允帶之間沒有禁帶或允帶相允帶內(nèi)的能級未被填滿，允帶之間沒有禁帶或允帶相互重疊互重疊 在外電場的作用下電子很容易從一個能級轉(zhuǎn)到另一個在外電場的作用下電子很容易從一個能級轉(zhuǎn)到另一個能級上去而產(chǎn)生電流能級上去而產(chǎn)生電流絕緣體絕緣體 一個滿帶上面相鄰的是一個較寬的禁帶，由于滿帶中一個滿帶上面相鄰的是一個較寬的禁帶，由于滿帶中的電子沒有活動的余地，即使禁帶上面的能帶完全是的電子沒有活動的余地，即使禁帶上面的能帶完全是空的，在外電場的作用下電子也很難跳過禁帶，即不空的，在外電場的作用下電子也很難跳過禁帶，即不能產(chǎn)生電流。能產(chǎn)生電流。半導(dǎo)體半導(dǎo)體 半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)與絕緣體相同，

8、不同的是它的禁帶半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)與絕緣體相同，不同的是它的禁帶比較窄比較窄 半導(dǎo)體的能帶在外界作用下，價帶中的電子就有能量半導(dǎo)體的能帶在外界作用下，價帶中的電子就有能量可能躍遷到導(dǎo)帶中去可能躍遷到導(dǎo)帶中去第一節(jié)第一節(jié) 導(dǎo)電性能導(dǎo)電性能 空穴導(dǎo)電空穴導(dǎo)電 本征導(dǎo)電本征導(dǎo)電 本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體 本征半導(dǎo)體的電子本征半導(dǎo)體的電子空穴對是由熱激活產(chǎn)生的空穴對是由熱激活產(chǎn)生的 雜質(zhì)對半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能影響雜質(zhì)對半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能影響 本征半導(dǎo)體和雜質(zhì)半導(dǎo)體的電導(dǎo)率與溫度的關(guān)系為本征半導(dǎo)體和雜質(zhì)半導(dǎo)體的電導(dǎo)率與溫度的關(guān)系為 2 2 無機非金屬導(dǎo)電機理無機非金屬導(dǎo)電機理 載流子載流子 (1)(1)離子晶體的導(dǎo)

9、電機理離子晶體的導(dǎo)電機理 離子晶體中空位的遷移涉及離子運動離子晶體中空位的遷移涉及離子運動 第一節(jié)第一節(jié) 導(dǎo)電性能導(dǎo)電性能 晶體的離子電導(dǎo)可以分為兩類晶體的離子電導(dǎo)可以分為兩類 第一類離子第一類離子固有電導(dǎo)或本征電導(dǎo)固有電導(dǎo)或本征電導(dǎo) 熱缺陷熱缺陷第二類雜質(zhì)第二類雜質(zhì)電導(dǎo)電導(dǎo)雜質(zhì)的數(shù)量和種類雜質(zhì)的數(shù)量和種類 低溫下，離子晶體的電導(dǎo)主要由雜質(zhì)載流子濃度決定低溫下，離子晶體的電導(dǎo)主要由雜質(zhì)載流子濃度決定 存在的多種載流子時，材料的總電導(dǎo)率是各種電導(dǎo)率存在的多種載流子時，材料的總電導(dǎo)率是各種電導(dǎo)率的總和的總和 第一節(jié)第一節(jié) 導(dǎo)電性能導(dǎo)電性能（2 2） 玻璃的導(dǎo)電機理玻璃的導(dǎo)電機理 離子在結(jié)構(gòu)中的可動

10、性所導(dǎo)致離子在結(jié)構(gòu)中的可動性所導(dǎo)致 玻璃的組成對玻璃的電阻影響很大玻璃的組成對玻璃的電阻影響很大 超導(dǎo)電性超導(dǎo)電性1 1 超導(dǎo)電性的概念超導(dǎo)電性的概念 超導(dǎo)體是等電位的，超導(dǎo)體內(nèi)沒超導(dǎo)體是等電位的，超導(dǎo)體內(nèi)沒有電場有電場2 2 超導(dǎo)體的兩個基本特征超導(dǎo)體的兩個基本特征 一個基本特性是它的完全導(dǎo)電性一個基本特性是它的完全導(dǎo)電性 永久電流永久電流 凍結(jié)磁通凍結(jié)磁通 另一基本特性是它的完全抗磁性另一基本特性是它的完全抗磁性邁斯納效應(yīng)邁斯納效應(yīng) 屏蔽磁場和排除磁通屏蔽磁場和排除磁通 第一節(jié)第一節(jié) 導(dǎo)電性能導(dǎo)電性能3 3 超導(dǎo)體的超導(dǎo)體的3 3個個重要性能指標(biāo)重要性能指標(biāo)（1 1）臨界轉(zhuǎn)變溫度臨界轉(zhuǎn)變溫

11、度TcTc 正常狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槌瑢?dǎo)狀態(tài)的溫度正常狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槌瑢?dǎo)狀態(tài)的溫度 臨界轉(zhuǎn)變溫度越高越好，越有利于應(yīng)用臨界轉(zhuǎn)變溫度越高越好，越有利于應(yīng)用（2 2）臨界磁場臨界磁場HcHc 能破壞超導(dǎo)態(tài)的最小磁場能破壞超導(dǎo)態(tài)的最小磁場 Hc值隨溫度降低而增加值隨溫度降低而增加 中間態(tài)中間態(tài) 第一類超導(dǎo)體，第二類超導(dǎo)體第一類超導(dǎo)體，第二類超導(dǎo)體 (3) (3) 臨界電流密度臨界電流密度JcJc 材料保持超導(dǎo)態(tài)狀態(tài)的最大輸入電流密度材料保持超導(dǎo)態(tài)狀態(tài)的最大輸入電流密度 第一節(jié)第一節(jié) 導(dǎo)電性能導(dǎo)電性能4 4 超導(dǎo)理論模型超導(dǎo)理論模型 庫柏電子對庫柏電子對(BCS)(BCS) 電子電子聲子相互作用所產(chǎn)生電子對聲子相互

12、作用所產(chǎn)生電子對 雜質(zhì)原子和缺陷對電子對不能進行有效的散射雜質(zhì)原子和缺陷對電子對不能進行有效的散射 在金屬和金屬間化合物中的超導(dǎo)體的在金屬和金屬間化合物中的超導(dǎo)體的TcTc不超過不超過30 K30 K5 5 最新超導(dǎo)研究成果最新超導(dǎo)研究成果 19601960年代研究在氧化物超導(dǎo)體年代研究在氧化物超導(dǎo)體 19861986年，年，J JG GBednoreBednore和和K KA AMullerMuller發(fā)現(xiàn)了發(fā)現(xiàn)了TcTc為為35K35K的的BaLaCuBaLaCu系氧化物超導(dǎo)體，獲得諾貝爾獎系氧化物超導(dǎo)體，獲得諾貝爾獎 19871987年年2 2月我國科學(xué)家趙忠賢等人得到了月我國科學(xué)家趙忠

13、賢等人得到了TcTc在液氮以在液氮以上溫度的上溫度的YBaCuOYBaCuO系超導(dǎo)體，即所謂的系超導(dǎo)體，即所謂的123123材材料料 目前已發(fā)現(xiàn)了超導(dǎo)溫度達目前已發(fā)現(xiàn)了超導(dǎo)溫度達133K133K以上的超導(dǎo)氧化物以上的超導(dǎo)氧化物 20042004年年4 4月月9 9日在昆明市應(yīng)用我國自行研制的高溫超日在昆明市應(yīng)用我國自行研制的高溫超導(dǎo)電力電纜導(dǎo)電力電纜35KV/20KA 35KV/20KA 第一節(jié)第一節(jié) 導(dǎo)電性能導(dǎo)電性能四四 影響材料導(dǎo)電性的因素影響材料導(dǎo)電性的因素 材料導(dǎo)電機理不同材料導(dǎo)電機理不同 ，影響因素及其，影響因素及其影響程度也不相同影響程度也不相同1 溫度的影響溫度的影響 金屬電阻率

14、隨溫度升高而增大金屬電阻率隨溫度升高而增大 （1）電子運動自由程減小，散射幾率）電子運動自由程減小，散射幾率增加導(dǎo)致電阻率增大增加導(dǎo)致電阻率增大 （2）在德拜溫度以上，電子是完全自）在德拜溫度以上，電子是完全自由的由的 完整的晶體中電子的散射取決于溫度完整的晶體中電子的散射取決于溫度造成的點陣畸變，金屬的電阻取決造成的點陣畸變，金屬的電阻取決于離子的熱振動于離子的熱振動（3 3）純金屬的電阻率與溫度關(guān)系純金屬的電阻率與溫度關(guān)系 第一節(jié)第一節(jié) 導(dǎo)電性能導(dǎo)電性能（4 4）當(dāng)溫度較低）當(dāng)溫度較低( (低于低于德拜溫度德拜溫度) )時時 應(yīng)考慮振動原子與導(dǎo)電電子之間的應(yīng)考慮振動原子與導(dǎo)電電子之間的相互

15、作用相互作用 電阻率與溫度的關(guān)系電阻率與溫度的關(guān)系 低溫時，積分值趨于常數(shù)，低溫時，積分值趨于常數(shù)，電阻率電阻率 T T 當(dāng)溫度接近于當(dāng)溫度接近于O KO K時時(T(T2K2K），電子，電子的散射主要是電子與電子間的相互的散射主要是電子與電子間的相互作用作用 殘留電阻率殘留電阻率 （5）大多數(shù)金屬在熔化成液態(tài)時，）大多數(shù)金屬在熔化成液態(tài)時，其電阻率會突然增大約其電阻率會突然增大約12倍倍 原子長程排列被破壞原子長程排列被破壞 52 冷塑性變形和應(yīng)力的影響冷塑性變形和應(yīng)力的影響 冷塑性變形使金屬的電阻率增大冷塑性變形使金屬的電阻率增大（1 1）晶體點陣畸變和晶體缺陷增加，空位濃度的增加）晶體點

16、陣畸變和晶體缺陷增加，空位濃度的增加（2 2）原子間距改變）原子間距改變（3 3）再結(jié)晶退火可使電阻率恢復(fù)到冷變形前的水平）再結(jié)晶退火可使電阻率恢復(fù)到冷變形前的水平（4 4）應(yīng)力的影響）應(yīng)力的影響 3 3 合金化對導(dǎo)電性的影響合金化對導(dǎo)電性的影響（1）固溶體導(dǎo)電性）固溶體導(dǎo)電性 電阻率增高電阻率增高 原因：溶劑點陣的畸變原因：溶劑點陣的畸變 有效電子數(shù)減少有效電子數(shù)減少 馬基申定律馬基申定律 一是溶劑的電阻，二是溶質(zhì)引起的附加電阻一是溶劑的電阻，二是溶質(zhì)引起的附加電阻第一節(jié)第一節(jié) 導(dǎo)電性能導(dǎo)電性能第一節(jié)第一節(jié) 導(dǎo)電性能導(dǎo)電性能(2)(2)金屬化合物的導(dǎo)電性金屬化合物的導(dǎo)電性金屬化合物的導(dǎo)電能力

17、都比較差金屬化合物的導(dǎo)電能力都比較差原因：導(dǎo)電電子數(shù)減少原因：導(dǎo)電電子數(shù)減少 (3)多相合金的電阻率多相合金的電阻率 組成相的導(dǎo)電性及相對量組成相的導(dǎo)電性及相對量合金的組織形態(tài)合金的組織形態(tài)五五 導(dǎo)電性的測量及應(yīng)用導(dǎo)電性的測量及應(yīng)用 1 電阻測量方法電阻測量方法(1)雙電橋法雙電橋法 雙電橋法是測量小電阻的常用方法雙電橋法是測量小電阻的常用方法 有較高的精度有較高的精度 第一節(jié)第一節(jié) 導(dǎo)電性能導(dǎo)電性能 (2)(2)電位差計法電位差計法 測量小電阻有很高的精度測量小電阻有很高的精度(3)(3)安培一伏特計法安培一伏特計法 毫伏計的阻值越高，試樣的阻值越小，誤差越小毫伏計的阻值越高，試樣的阻值越小

18、，誤差越小(4)(4)直流四端電極法直流四端電極法 中、高電導(dǎo)率的材料中、高電導(dǎo)率的材料 2 2 電阻分析的應(yīng)用電阻分析的應(yīng)用測量電阻率的變化來研究金屬與合金的組織結(jié)構(gòu)變化測量電阻率的變化來研究金屬與合金的組織結(jié)構(gòu)變化(1)(1)測量固溶體的溶解度曲線測量固溶體的溶解度曲線(2)(2)測定形狀記憶合金中的相變溫度測定形狀記憶合金中的相變溫度 形狀記億合金是一種新型功能材料形狀記億合金是一種新型功能材料第二節(jié)第二節(jié) 熱電性能熱電性能 一一 熱電效應(yīng)熱電效應(yīng)1 1 帕爾帖效應(yīng)帕爾帖效應(yīng) 接觸電勢接觸電勢 帕爾帖熱與金屬的本性和帕爾帖熱與金屬的本性和溫度有關(guān)溫度有關(guān) 焦耳熱與電流方向無關(guān)焦耳熱與電流

19、方向無關(guān) 帕爾帖熱與電流方向有關(guān)帕爾帖熱與電流方向有關(guān) 2 2 湯姆遜效應(yīng)湯姆遜效應(yīng) 湯湯姆遜熱姆遜熱 第二節(jié)第二節(jié) 熱電性能熱電性能賽貝克效應(yīng)賽貝克效應(yīng)（1 1）接觸電勢差）接觸電勢差 電子逸出功不同電子逸出功不同 電子濃度不同電子濃度不同（2 2）熱電勢）熱電勢 有效電子密度有效電子密度 兩接觸端的溫差兩接觸端的溫差第二節(jié)第二節(jié) 熱電性能熱電性能二二 影響熱電勢的因素影響熱電勢的因素 1 1 金屬本性的影響金屬本性的影響 中間金屬定律中間金屬定律 熱電偶熱電偶2 2 溫度的影響溫度的影響 與兩接點處的溫差成正比與兩接點處的溫差成正比 熱電勢熱電勢E E與溫度經(jīng)驗公式與溫度經(jīng)驗公式3 3 合

20、金化的影響合金化的影響 形成連續(xù)固溶體時，熱電勢與形成連續(xù)固溶體時，熱電勢與濃度關(guān)系呈懸鏈?zhǔn)阶兓瘽舛汝P(guān)系呈懸鏈?zhǔn)阶兓? 4 含碳量對鋼熱電勢的影響含碳量對鋼熱電勢的影響 含碳量和其組織狀態(tài)含碳量和其組織狀態(tài)第三節(jié)第三節(jié) 半導(dǎo)體導(dǎo)電性的敏感效應(yīng)半導(dǎo)體導(dǎo)電性的敏感效應(yīng) 半導(dǎo)體的禁帶寬度在半導(dǎo)體的禁帶寬度在1eV1eV左右左右 一熱敏效應(yīng)一熱敏效應(yīng)電子和空穴導(dǎo)電電子和空穴導(dǎo)電B表示材料的電導(dǎo)活化能表示材料的電導(dǎo)活化能應(yīng)用應(yīng)用熱敏溫度計、電路溫度補償器熱敏溫度計、電路溫度補償器 二二 光敏效應(yīng)光敏效應(yīng)電阻明顯下降電阻明顯下降光電導(dǎo)光電導(dǎo)產(chǎn)生光電導(dǎo)的條件產(chǎn)生光電導(dǎo)的條件光敏電阻器光敏電阻器 第三節(jié)第三節(jié)

21、 半導(dǎo)體導(dǎo)電性的敏感效應(yīng)半導(dǎo)體導(dǎo)電性的敏感效應(yīng)三三 壓敏效應(yīng)壓敏效應(yīng)1 電壓敏感效應(yīng)電壓敏感效應(yīng)壓敏電阻器壓敏電阻器壓敏電阻器的靈敏性壓敏電阻器的靈敏性2 壓力敏感效應(yīng)壓力敏感效應(yīng) 電阻率發(fā)生改變電阻率發(fā)生改變 壓阻效應(yīng)和應(yīng)力的關(guān)系壓阻效應(yīng)和應(yīng)力的關(guān)系 四四 磁敏效應(yīng)磁敏效應(yīng)1 霍爾效應(yīng)霍爾效應(yīng)2 磁阻效應(yīng)磁阻效應(yīng) 第四節(jié)第四節(jié) 介質(zhì)極化與介電性能介質(zhì)極化與介電性能 一一 極化的基本概念極化的基本概念 1 介質(zhì)極化的基本概念介質(zhì)極化的基本概念 （1）電介質(zhì)）電介質(zhì) （2 ）介質(zhì)極化）介質(zhì)極化 2 電介質(zhì)分類電介質(zhì)分類 （1）非極性介質(zhì)）非極性介質(zhì) 無外電場作用時正負電荷中無外電場作用時正負電荷

22、中心重合心重合 電偶極矩電偶極矩 外電場越強，粒子的電偶極外電場越強，粒子的電偶極矩越大矩越大 第四節(jié)第四節(jié) 介質(zhì)極化與介電性能介質(zhì)極化與介電性能（2 2）極性介質(zhì)）極性介質(zhì) 分子存在固有電偶極矩分子存在固有電偶極矩 電偶極矩轉(zhuǎn)向外電場方向電偶極矩轉(zhuǎn)向外電場方向 外電場越強，電極化的程度越高外電場越強，電極化的程度越高3 3 極化率極化率 表征材料的極化能力表征材料的極化能力 只與材料的性質(zhì)有關(guān)只與材料的性質(zhì)有關(guān)4 4 極化強度極化強度 線性極化線性極化 表征介質(zhì)在電場作用下極化程度表征介質(zhì)在電場作用下極化程度第四節(jié)第四節(jié) 介質(zhì)極化與介電性能介質(zhì)極化與介電性能極化的基本形式極化的基本形式 位移

23、式極化、松弛極化位移式極化、松弛極化 1 1 位移極化位移極化 （1）電子位移極化）電子位移極化 電子云相對于原子核發(fā)電子云相對于原子核發(fā)生位移生位移 電子極化率電子極化率 依賴于頻率、與溫度無依賴于頻率、與溫度無關(guān)關(guān) （2）離子位移極化）離子位移極化 感生的電偶極矩感生的電偶極矩 交變電場作用下離子位移極化率交變電場作用下離子位移極化率 與離子結(jié)構(gòu)有關(guān)、與溫度無關(guān)與離子結(jié)構(gòu)有關(guān)、與溫度無關(guān) 極化建立的時間極化建立的時間 第四節(jié)第四節(jié) 介質(zhì)極化與介電性能介質(zhì)極化與介電性能2 2 松弛極化松弛極化與粒子的熱運動有關(guān)與粒子的熱運動有關(guān)是不可逆過程是不可逆過程（1）電子松弛極化）電子松弛極化由弱束縛

24、電子引起的由弱束縛電子引起的電子能態(tài)發(fā)生變化電子能態(tài)發(fā)生變化伴隨有能量的損耗伴隨有能量的損耗電子松弛極化建立的時間電子松弛極化建立的時間（1）離子松弛極化）離子松弛極化弱聯(lián)系離子產(chǎn)生的弱聯(lián)系離子產(chǎn)生的僅作有限距離的遷移僅作有限距離的遷移 第四節(jié)第四節(jié) 介質(zhì)極化與介電性能介質(zhì)極化與介電性能3 轉(zhuǎn)向極化轉(zhuǎn)向極化主要發(fā)生在極性介質(zhì)中主要發(fā)生在極性介質(zhì)中建立時間較長建立時間較長比電子極化率高得多比電子極化率高得多 三三 介電常數(shù)介電常數(shù) 1 介電常數(shù)的概念介電常數(shù)的概念 2 恒定電場介電常數(shù)恒定電場介電常數(shù)（1）電位移）電位移 方向從自由正電荷指向自方向從自由正電荷指向自由負電荷由負電荷第四節(jié)第四節(jié)

25、介質(zhì)極化與介電性能介質(zhì)極化與介電性能（2）介電常數(shù)）介電常數(shù) 相對介電常數(shù)相對介電常數(shù) 極化宏觀參數(shù)極化宏觀參數(shù) 極化微觀參數(shù)極化微觀參數(shù) 第四節(jié)第四節(jié) 介質(zhì)極化與介電性能介質(zhì)極化與介電性能3 交變電場介電常數(shù)交變電場介電常數(shù)矢量矢量D和和P滯后于矢量滯后于矢量 E第四節(jié)第四節(jié) 介質(zhì)極化與介電性能介質(zhì)極化與介電性能影響介電常數(shù)的因素影響介電常數(shù)的因素1 極化類型的影響極化類型的影響2 溫度的影響溫度的影響（1）介電常數(shù)與溫度成非線性關(guān)）介電常數(shù)與溫度成非線性關(guān)系系（2）介電常數(shù)與溫度成線性關(guān)系）介電常數(shù)與溫度成線性關(guān)系介電常數(shù)很大的材料其介電常數(shù)很大的材料其TK為負為負值值介電常數(shù)較小的材料其

26、介電常數(shù)較小的材料其TK為正為正值值3 頻率的影響頻率的影響第五節(jié)第五節(jié) 電介質(zhì)的介質(zhì)損耗電介質(zhì)的介質(zhì)損耗 一一 電介質(zhì)損耗的基本概念電介質(zhì)損耗的基本概念 1 1 介質(zhì)損耗的基本概念介質(zhì)損耗的基本概念 電介質(zhì)的作用電介質(zhì)的作用 介質(zhì)損耗越小越好介質(zhì)損耗越小越好 2 漏導(dǎo)損耗漏導(dǎo)損耗 3 極化損耗極化損耗 介質(zhì)的損耗形式介質(zhì)的損耗形式 1 電導(dǎo)電導(dǎo)( (或漏導(dǎo)或漏導(dǎo)) )損耗損耗 弱聯(lián)系帶電粒子弱聯(lián)系帶電粒子( (或空位或空位) )引起引起 2 2 極化損耗極化損耗松弛極化所造成的介質(zhì)損耗比較大松弛極化所造成的介質(zhì)損耗比較大造成損耗原因：電矩滯后于外加電場引起造成損耗原因：電矩滯后于外加電場引起

27、 第五節(jié)第五節(jié) 電介質(zhì)的介質(zhì)損耗電介質(zhì)的介質(zhì)損耗（1 1）低頻率）低頻率 不產(chǎn)生極化損耗不產(chǎn)生極化損耗（2 2）高頻率）高頻率 產(chǎn)生極化損耗產(chǎn)生極化損耗3 3 電離損耗電離損耗 由氣體電離所引起由氣體電離所引起 氣孔中承受的電場強度比固態(tài)絕緣物中所承氣孔中承受的電場強度比固態(tài)絕緣物中所承受平均值要大受平均值要大 應(yīng)盡量減少介質(zhì)中的氣孔應(yīng)盡量減少介質(zhì)中的氣孔4 4 結(jié)構(gòu)損耗結(jié)構(gòu)損耗 與溫度關(guān)系不大，隨頻率升高而增大與溫度關(guān)系不大，隨頻率升高而增大5 5 宏觀結(jié)構(gòu)不均勻的介質(zhì)損耗宏觀結(jié)構(gòu)不均勻的介質(zhì)損耗 工程介質(zhì)材料大多數(shù)是不均勻介質(zhì)工程介質(zhì)材料大多數(shù)是不均勻介質(zhì) 第五節(jié)第五節(jié) 電介質(zhì)的介質(zhì)損耗電

28、介質(zhì)的介質(zhì)損耗三三 影響材料介質(zhì)損耗因素影響材料介質(zhì)損耗因素1 1 對漏導(dǎo)（電導(dǎo)）損耗的影響對漏導(dǎo)（電導(dǎo)）損耗的影響介質(zhì)損耗介質(zhì)損耗 溫度的升高，介質(zhì)的電導(dǎo)率增大溫度的升高，介質(zhì)的電導(dǎo)率增大與頻率無關(guān)與頻率無關(guān)2 2 對極化損耗的影響對極化損耗的影響 快極化無損耗快極化無損耗緩慢極化產(chǎn)生損耗緩慢極化產(chǎn)生損耗（1 1）頻率影響）頻率影響頻率很低時介質(zhì)損耗為零頻率很低時介質(zhì)損耗為零損耗隨著頻率的增大而增大損耗隨著頻率的增大而增大 頻率很高時僅由起始電導(dǎo)率決定損耗頻率很高時僅由起始電導(dǎo)率決定損耗 第五節(jié)第五節(jié) 電介質(zhì)的介質(zhì)損耗電介質(zhì)的介質(zhì)損耗 （2 2）溫度影響）溫度影響 溫度對損耗的影響是由溫溫度

29、對損耗的影響是由溫度對度對和和g的影響來決定的影響來決定 溫度升高，使松弛極化容溫度升高，使松弛極化容易發(fā)生易發(fā)生 溫度很低時，很小損耗溫度很低時，很小損耗 損耗隨著溫度升高而增大損耗隨著溫度升高而增大 損耗隨溫度的升高出現(xiàn)一損耗隨溫度的升高出現(xiàn)一 極大值極大值 電導(dǎo)損耗往往與松弛極化電導(dǎo)損耗往往與松弛極化損耗同時存在損耗同時存在 第六節(jié)第六節(jié) 絕緣材料的抗電強度絕緣材料的抗電強度 一一 強電場作用下絕緣材料的破壞強電場作用下絕緣材料的破壞1 介電強度介電強度 2 固體介質(zhì)的擊穿是不可逆過程固體介質(zhì)的擊穿是不可逆過程3 氣體及液體介質(zhì)的擊穿是可逆過程氣體及液體介質(zhì)的擊穿是可逆過程4 擊穿電壓除

30、與材料本身的性質(zhì)有關(guān)外，擊穿電壓除與材料本身的性質(zhì)有關(guān)外， 還與一系列的外界因素有關(guān)還與一系列的外界因素有關(guān) 5 電介質(zhì)的擊穿形式電介質(zhì)的擊穿形式 電擊穿、熱擊穿和化學(xué)擊穿電擊穿、熱擊穿和化學(xué)擊穿 6 擊穿形式取決于試樣的缺陷和電場的特性以及器件的擊穿形式取決于試樣的缺陷和電場的特性以及器件的工作條件工作條件 一個器件的擊穿有一種是主要、決定的形式一個器件的擊穿有一種是主要、決定的形式 第六節(jié)第六節(jié) 絕緣材料的抗電強度絕緣材料的抗電強度二二 擊穿形式擊穿形式1 電擊穿電擊穿 電過程電過程 （1）“雪崩雪崩”電擊穿理論電擊穿理論 強電場強電場自由電子自由電子撞擊介質(zhì)內(nèi)的離子撞擊介質(zhì)內(nèi)的離子 新的電子新的電子次級電子次級電子撞擊出第三級電子撞擊出第三級電子 “電子潮電子潮” 電擊穿往往是瞬息完成的電擊穿往往是瞬息