电介质极化与介电常数
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
4.5 4.6 ~ 5.2
22 33 81
2.0 ~ 2.5 2.5 ~ 2.6 2.0 ~ 2.2 2.5 ~ 2.6 2.6 ~ 2.7
6.5 4.5 3.0 ~ 3.5 2.6 ~2.7
5~7 5.5 ~ 6.5
讨论电介质极化的意义：
1、选择绝缘：
电容器 r 大 电容器单位容量体积和重可减少
在：介质空间从新分布，夹层界
面由电荷堆积的过程，从而产
生电矩
高电压设备的绝 缘由几种不同的 材料组成，或介质不均匀，这种情况 会出现“夹层介质界面 极化”现象。
特点：
1、多层介质 2、只在低频下存在，夹层界面上电荷的堆积是通
过介质电导G完成的，其过程很缓慢，它的形成 时间从几十分之—秒到儿分钟，甚至有长达几小 时的。 3、与电场强度和温度有关 4、有能量损耗
能产生，与频率无关
当物质原子里的电子轨道受
4、极化强度与电矩的大小成正比 ，且随着外电场的增强而增 大
5、与温度基本无关 6、不引起能量损耗
到外电场 E 的作用时，其负电荷 作用中心相对于原子核产生位移 ，形成电矩，称电子的位移极化 。
二、离子的位移极化
极化机理：
在外电场作用下，正、负离子发生偏移，使整个分子呈现极 性，正负离子的中心之间产生电矩，称离子的位移极化
有可能跟不上交变电场的变化，使极化率减小 3、与外加电场有关，外电场越强，极性分子的转向排列就
越整齐，转向极化就越强 4、与温度有关，对于极性气体介质：温度高时，分子热
运动加剧，妨碍极性分子沿电场方向取向，使极化减弱。 对于液体、固体介质：则温度过低时，由于分子间联系 紧(例如粘度很大)，分子难以转向．极化较弱。所以极 性液体、固体介质在低温下先随温度的升高极化加强， 以后当热运动变得较强烈时，极化又随温度上升而减小 5、有能量损耗
五、空间电荷极化
极化机理：正负离子移动 介质类型：含离子和杂质离子的介质 建立极化时间：很长 极化程度影响因素：
电场强度（有关） 电源频率（低频下存在） 温度（有关） 极化弹性：非弹性； 消耗能量：有
E
_ _
_-
+ ++
空间电荷极化
特点：
1、主要在含离子和杂质离子的介质中发生 2、过程较慢 3、有能量损耗 4、时间很长，仅在低频率下存在
1
1
四、夹层极化 极U1化机G11UG理11G：12 CU11C1GC112GU2G2 UC1C2C2 U
U2 GU1G21GC2 1UC1C2 U
合闸时： 稳态时：
U1 C2 U 2 t0 C1
U1
G2
U 2 t G1
当 1 2 1 2
：
U1 U1
则
U U 2 t0
2 t
存在电压从新分配，电荷
特点：
1、存在离子化合物中； 2、极化完成时间约为 l0-12-10-13s，与频率无关 3、极化程度与电场强度成正比 4、温度对离子式极化的影响，存在着相反的两种因素；
即离子间结合力随温度升高而降低，使极化程度增 加；但离子的密度随温度升高而减小，则使极化程 度降低。通常前一种因素影响较大 5、有极微量的能量损耗
电子位移极化 离子位移极化 转向极化 夹层介质界面极化 空间电荷极化
一、电子的位移极化
特点：
极化机理：
No 1、电子位移极化存在于一切气体 、液体及固体介质中 2、具有弹性，当外电场去掉后，
依靠正、负电荷间的吸引力
，作用中心又马上会重合，
Image 对外不显电性
3、极化速度快，10--14~10--15秒， 在各种频率的交变电场下均
电缆 r 小 可使电缆工作时充电电流减小
电机定子线圈槽出口和套管 r 小,可提高沿面放电电压
2、多层介质的合理配合： 1E1 2E2电场分布与 成反比 组合绝缘采用适当的材料可使电场分布合理
3、研究介质损耗的理论依据：介质损耗与极化类型有关，损耗是绝缘 劣化和热击穿的主要原因
4、绝缘试验的理论依据：在绝缘预防性试验中通过测量吸收电流可以 反映夹层极化现象，能够判断绝缘受潮情况。吸收电荷将对人身构 成威胁
气体种类
氦 氢 氧 氮 甲烷 二氧化碳 乙烯 空气
相对介电常数
1.000072 1.000027 1.00055 1.00060 1.00095 1.00096 1.00138 1.00059
液体电介质的介电常数
电介质极化与介电常数
一、极化现象
电介质原先不显电性，放入到电场时，由于电场的作 用电介质内部物理结构发生变化，结果导致电介质内 部电荷分布发生变化，出现束缚电荷，整体上对外显 现电性。这个过程称作极化
+ + + + + + + E0
极化前
--- - - --
极化后
电介质的极化有五种基本形式：
5、研发新型绝缘材料
思考题：电介质中各种极化的性质？
The End Thank You
气体电介质的介电常数
气体分子间的距离很大，密度很小，气体ຫໍສະໝຸດ Baidu极化 率很小，一切气体的相对介电常数都接近1。
气体的介电常数随温度的升高略有减小，随压力 的增大略有增加，但变化很小。
部分气体的相对介电常数 环境条件 20℃, 1 atm
几种介电质的介电常数
材料类别 气体介质（标准大气条件）
弱极性
液体介质
极性
强极性
固体介质
中性或 弱极性
极性
离子性
名称
空气
变压器油 硅有机液体
蓖麻油 氯化联苯
丙酮 酒精 水
石蜡 聚苯乙烯 聚四氯乙烯
松香 沥青
纤维素 胶水 聚氯乙烯 沥青
云母 电瓷
相对介电常数εr（20℃）
1.00058
2.2 ~ 2.5 2.2 ~ 2.8
电介质极化的概要
名称
产生极化的地方、 特征等
到达平衡 的时间
电子式极化 离子式极化 偶极子极化 夹层介质界面极化 空间电荷极化
任何物质的原子中 离子组成的物质 极性分子组成的物质 复合介质的交界面
电极近旁
10-15秒 10-13秒 10-10 ~ 10-2秒 数秒 ~ 数日 数秒 ~ 数日
发生极化的原因 束缚电荷的位移 自由电子的移动
三、极性分子的转向极化
极化机理：
E=0
(a)无外电场
E
-
+ +
-+ -+
-+ -+
-+ -+
-
+
+ -+ -+ -+ -
(b)有外电场
在外电场作用下，原来杂乱分布的极性分子顺电场方向定向排 列，对外显示出极性，称极性分子的转向极化
特点：
1、极性共价化和物 2、极化完成时间约为 l0-6-10-2s，甚至更长，与频率有关，
22 33 81
2.0 ~ 2.5 2.5 ~ 2.6 2.0 ~ 2.2 2.5 ~ 2.6 2.6 ~ 2.7
6.5 4.5 3.0 ~ 3.5 2.6 ~2.7
5~7 5.5 ~ 6.5
讨论电介质极化的意义：
1、选择绝缘：
电容器 r 大 电容器单位容量体积和重可减少
在：介质空间从新分布，夹层界
面由电荷堆积的过程，从而产
生电矩
高电压设备的绝 缘由几种不同的 材料组成，或介质不均匀，这种情况 会出现“夹层介质界面 极化”现象。
特点：
1、多层介质 2、只在低频下存在，夹层界面上电荷的堆积是通
过介质电导G完成的，其过程很缓慢，它的形成 时间从几十分之—秒到儿分钟，甚至有长达几小 时的。 3、与电场强度和温度有关 4、有能量损耗
能产生，与频率无关
当物质原子里的电子轨道受
4、极化强度与电矩的大小成正比 ，且随着外电场的增强而增 大
5、与温度基本无关 6、不引起能量损耗
到外电场 E 的作用时，其负电荷 作用中心相对于原子核产生位移 ，形成电矩，称电子的位移极化 。
二、离子的位移极化
极化机理：
在外电场作用下，正、负离子发生偏移，使整个分子呈现极 性，正负离子的中心之间产生电矩，称离子的位移极化
有可能跟不上交变电场的变化，使极化率减小 3、与外加电场有关，外电场越强，极性分子的转向排列就
越整齐，转向极化就越强 4、与温度有关，对于极性气体介质：温度高时，分子热
运动加剧，妨碍极性分子沿电场方向取向，使极化减弱。 对于液体、固体介质：则温度过低时，由于分子间联系 紧(例如粘度很大)，分子难以转向．极化较弱。所以极 性液体、固体介质在低温下先随温度的升高极化加强， 以后当热运动变得较强烈时，极化又随温度上升而减小 5、有能量损耗
五、空间电荷极化
极化机理：正负离子移动 介质类型：含离子和杂质离子的介质 建立极化时间：很长 极化程度影响因素：
电场强度（有关） 电源频率（低频下存在） 温度（有关） 极化弹性：非弹性； 消耗能量：有
E
_ _
_-
+ ++
空间电荷极化
特点：
1、主要在含离子和杂质离子的介质中发生 2、过程较慢 3、有能量损耗 4、时间很长，仅在低频率下存在
1
1
四、夹层极化 极U1化机G11UG理11G：12 CU11C1GC112GU2G2 UC1C2C2 U
U2 GU1G21GC2 1UC1C2 U
合闸时： 稳态时：
U1 C2 U 2 t0 C1
U1
G2
U 2 t G1
当 1 2 1 2
：
U1 U1
则
U U 2 t0
2 t
存在电压从新分配，电荷
特点：
1、存在离子化合物中； 2、极化完成时间约为 l0-12-10-13s，与频率无关 3、极化程度与电场强度成正比 4、温度对离子式极化的影响，存在着相反的两种因素；
即离子间结合力随温度升高而降低，使极化程度增 加；但离子的密度随温度升高而减小，则使极化程 度降低。通常前一种因素影响较大 5、有极微量的能量损耗
电子位移极化 离子位移极化 转向极化 夹层介质界面极化 空间电荷极化
一、电子的位移极化
特点：
极化机理：
No 1、电子位移极化存在于一切气体 、液体及固体介质中 2、具有弹性，当外电场去掉后，
依靠正、负电荷间的吸引力
，作用中心又马上会重合，
Image 对外不显电性
3、极化速度快，10--14~10--15秒， 在各种频率的交变电场下均
电缆 r 小 可使电缆工作时充电电流减小
电机定子线圈槽出口和套管 r 小,可提高沿面放电电压
2、多层介质的合理配合： 1E1 2E2电场分布与 成反比 组合绝缘采用适当的材料可使电场分布合理
3、研究介质损耗的理论依据：介质损耗与极化类型有关，损耗是绝缘 劣化和热击穿的主要原因
4、绝缘试验的理论依据：在绝缘预防性试验中通过测量吸收电流可以 反映夹层极化现象，能够判断绝缘受潮情况。吸收电荷将对人身构 成威胁
气体种类
氦 氢 氧 氮 甲烷 二氧化碳 乙烯 空气
相对介电常数
1.000072 1.000027 1.00055 1.00060 1.00095 1.00096 1.00138 1.00059
液体电介质的介电常数
电介质极化与介电常数
一、极化现象
电介质原先不显电性，放入到电场时，由于电场的作 用电介质内部物理结构发生变化，结果导致电介质内 部电荷分布发生变化，出现束缚电荷，整体上对外显 现电性。这个过程称作极化
+ + + + + + + E0
极化前
--- - - --
极化后
电介质的极化有五种基本形式：
5、研发新型绝缘材料
思考题：电介质中各种极化的性质？
The End Thank You
气体电介质的介电常数
气体分子间的距离很大，密度很小，气体ຫໍສະໝຸດ Baidu极化 率很小，一切气体的相对介电常数都接近1。
气体的介电常数随温度的升高略有减小，随压力 的增大略有增加，但变化很小。
部分气体的相对介电常数 环境条件 20℃, 1 atm
几种介电质的介电常数
材料类别 气体介质（标准大气条件）
弱极性
液体介质
极性
强极性
固体介质
中性或 弱极性
极性
离子性
名称
空气
变压器油 硅有机液体
蓖麻油 氯化联苯
丙酮 酒精 水
石蜡 聚苯乙烯 聚四氯乙烯
松香 沥青
纤维素 胶水 聚氯乙烯 沥青
云母 电瓷
相对介电常数εr（20℃）
1.00058
2.2 ~ 2.5 2.2 ~ 2.8
电介质极化的概要
名称
产生极化的地方、 特征等
到达平衡 的时间
电子式极化 离子式极化 偶极子极化 夹层介质界面极化 空间电荷极化
任何物质的原子中 离子组成的物质 极性分子组成的物质 复合介质的交界面
电极近旁
10-15秒 10-13秒 10-10 ~ 10-2秒 数秒 ~ 数日 数秒 ~ 数日
发生极化的原因 束缚电荷的位移 自由电子的移动
三、极性分子的转向极化
极化机理：
E=0
(a)无外电场
E
-
+ +
-+ -+
-+ -+
-+ -+
-
+
+ -+ -+ -+ -
(b)有外电场
在外电场作用下，原来杂乱分布的极性分子顺电场方向定向排 列，对外显示出极性，称极性分子的转向极化
特点：
1、极性共价化和物 2、极化完成时间约为 l0-6-10-2s，甚至更长，与频率有关，