电介质物理课件(2013-3).

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§3-2 气体介质的电导
一、气体介质的电流-电压关系（伏-安特性曲线）
j( A / m2 )
I
II
jS
III
E1
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E 2 E (V / m)
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气体介质的电流-电压关系
二、气体介质中的载流子浓度
平衡状态下， N Z， Z n n
— 复合系数，对空气 1.6 1012 （m 3 / s） 一般有：n n n Z n 2
n0 q 2 2 U j n0 qE exp( 0 ) E 6 KT KT n0 q 2 2 U n0 q exp( 0 ) 6 KT KT
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a B 电导率关系式可简化为 ： exp （ ） T T a 温度变化的指数项远比 项变化显著 T B A exp （ ） T
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B1 B ln A2 2 T T
T
二、液体介质的电泳电导 1.载流子——胶粒 来源：1）加树脂（提高粘度、稳定性）——悬浮离子； 2）过量的水——细小水珠。
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（ 1 / cm ）是很小的。
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j 1. 弱电场时， n 2，N n 2 n qd j nq E N
N


q E E
在电流很小时，载流子的浓度与无电场的载流子浓度相同。
如正、负离子的迁移率 分别为 、 ，则：
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三、电导率与迁移率的关系
设： 载流子的迁移速度为 v； n为单位体积中的载流子 数； q为载流子的电荷量； 取截面积为A，长度为L的介质。则： I nqv A 或 v E j E nq
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L
j nqv
A
m2 为载流子的迁移率 s V
第三章
电介质的电导
本章讲解实际介质在电场作用下的有限 电导过程及微观机理。
概述
气体介质的电导
液体介质的电导
固体介质的电导
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§3-1 概述
一、载流子 离子 从能带理论可知，主要为弱联系离子、本征离子 带电的分子团-胶粒 液体介质中的水珠 电子 极少，在特殊条件下出现 二、导电机构 离子电导 由（晶格）结点上的离子产生的本征离子电导； 由杂质离子产生的杂质离子电导。 电泳电导 带电胶粒形成的基团产生的电导。 电子电导 一般是由光辐照产生的电子形成电子电导。

N e （ ）

这是一个与电场无关的 常数，因此在弱电场下 ，
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气体介质的电流电压满足欧姆定理。
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j 2. 电场较强时， n 2， qd j q（Nd n 2 d） qNd 常数 jS
3. 高电场区 如电场很高，例如E>106V/cm，离子在电场中获 得很高的能量而产生新的碰撞和电离，使n随E 的增大指数增加，导致电流的指数增大。
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一、液体介质的离子电导 离子的来源: 本征离子：液体本身的基本分子热离解. 杂质离子：外来杂质分子离解， 液体本身的基本分子老化的产物 二、离子电导率与温度的关系
n0 n＝ （e e 6 u0 u u n 0 KT KT e （e e KT ) 6
即n N

设： N — 单位体积、单位时间电 离的离子数； Z — 单位体积、单位时间复 合的离子对数； n — 正离子的浓度； n — 负离子的浓度。
例：空气的N 3 ~ （ 5 1 / cm s）， 1.6 10 （cm / s），
3 6 3
可得载流子浓度 n 1580 （ 1 / cm ），相对于 N 0 6.62 10
（u －u ) 0 KT
（u +u ) 0 KT
)
qE u KT 2
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由热离子势垒模型，可 将液体看成类固体，则 ： n q U0 n 0 ex （ p ） E 6 KT KT 离子宏观平均漂移速度 为： U0 n q 2 v ex （ p ） E n0 6 KT KT 离子的迁移率为： U0 v q 2 ex （ p ） E 6 KT KT 故离子电导电流密度和 电导率分别为：
液体介质中杂质离子电导与本征离子电导过程相同
B T 如液体介质存在本征和 杂质离子，则： B B A1 exp （ 1 ） A2 exp （ 2 ） T T ln ln 1 ln 2 ln ln A ln A1
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ln
本征
杂质
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气体介质多处于饱和电流区工作,气 体介质饱和电流大小的估算是有实际意 义的.如何估算?请同学考虑
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上次课内容:
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电导率宏观与微观的关系
提高介质的绝缘性能的方法
气体介质的电流-电压关系
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§3-3
液体介质的电导
液体介质结构特点： 具有固定的体积，较大的密度（近似固体，是气体介质的 1000多倍),具有较大的流动性。 常见的液体电介质： 矿物油——变压器油、电容器油； 植物油——蓖麻油、桐油； 有机溶剂——苯、甲苯、四氯化碳； 新型液体介质——十二烷基苯、硅油、酯类油。 液体电介质的电导率： 纯液体介质具有很低的电导率=10-13～10-15（cm）-1， 含有杂质的液体介质的电导率=10-9～10-13（cm）-1。 液体电介质的电导种类：离子电导，电泳电导
如有m种载流子， j ni qi i E
i 0 m
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欲提高介质的绝缘性能，可以从两个方面着手：
(1) 减小电介质的载流子数,
(2) 降低迁移率。
极化和电导的区别： 离子微小位移——产生 离子从一个电极位移至另一 个电极——形成电导
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介质的电导有: 体积电导:西门子/米（用s/m或者s/cm表示） 表面电导:西门子 与电介质的性质有关，与电介质表面 吸附的导电杂质有关。