西南科技大学2019-2020-2学期单元练习及答案(完整版)

西南科技大学2019-2020-2学期

《电介质物理》学习测验

一、名词解释（每题4分，共20分）

1、离子位移极化：在外电场作用下原来正负电荷中心重合的分子发生正、负电荷中心分离，形成偶极矩的现象。

2、退极化电场：由极化电荷产生的场强被称为退极化电场。

3、电介质的极化：在电场作用下，电介质内部沿电场方向出现宏观偶极子，在电介质表面出现束缚电荷（极化电荷）的现象。

4、电偶极子：两个相距很近的等量异号点电荷组成的系统。

5、极化强度P：单位体积电介质的电偶极矩矢量总和。

6、电介质的损耗：在电场作用下，电介质将部分电能转变成热能的物理过程。

7、电介质的损耗包括：电导损耗，松弛极化损耗，谐振损耗。

8、电介质的热击穿：在电场作用下，电介质内部热量积累、温度过高而导致失去绝缘能力。

9、电介质的电击穿：电场使电介质中积聚起足够数量和能量的带电质点而导致电介质失去绝缘性能。

二、填空题（每空3分，共30分）：

1、一平行板真空电容器，极板的自由电荷面密度为δ，现充以介电系数为εr的介质。如果板上的自由电荷面密度δ不变，则有：真空时板间场强E=

δ/ε0，电位移D= δ ，极化强度P= 0 ；充以介质时场强E= δ/ε0 εr，电位移D= δ ，极化强度P= δ(1-1/εr) ，极化电荷产生的场强为δ(1-εr) /ε0

εr。

3、根据电介质的极化微观机理，极化可分为：电子和离子位移极化，偶极子转向极化，热离子松弛极化，空间电荷极化。

1、气体在均匀电场中自持放电的条件：正离子在阴极表面碰撞产生 二次电子 ；非自持放电到自持放电的关系式： （3分）。

2、电介质的击穿包括： 热 击穿， 电 击穿， 电化学 击穿。

三、简述及问答题（共20分）

1、已知洛伦兹有效场E e =E （εr +2）/ 3，试推导克劳休斯—莫索缔方程。

解：

1、流经实际介质电容器的电流由哪几部分组成？作图说明。

解：电导电流，位移极化电流，松弛极化电流（有功，无功）。

2述。

答：在交变电场的作用下，由于电场频率不同，介质的种类，温度的不同，介电特性也有不同。

当介质中存在介电松弛极化时，介质的电感应强度D 与电场强度E 有明显的位相差，并落后于E 。D=εr E 不适用。这时如果是平行板电容器，其计算也不在是简单的公式了。

在D 与E 之间的位相差及相角δ，使用复数来描述D 和E 的关系：

E n E n E E P r e r 32)1(0000+==−==εααεεχε0

0321εαεεn r r =+−0)1(1=−−

d e αλI ∞U

aq I ap I R I I

3、已知某介质的德拜方程为ωτ

εεεεi s +−+=∞∞1，请计算其介电常数的实部ε'和虚部ε''的频率关系式（要求计算过程）。

解：（1）221τωεεεε+−+='∞∞s ，（2） 221τωεεε+−=''∞s

1、简要说明瓦格纳的热击穿理论。

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周围小很多，构成电介质中的低阻导电通道，当在平板电极间加上电压后，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而产生大量的热量，如果发热量大于散热量，导电通道的温度将不断上升，导致热击穿，称为瓦格纳热击穿理论。

2、流经实际介质电容器的电流由哪几部分组成？作图说明。

解：电导电流，位移极化电流，松弛极化电流（有功，无功）。

3、以针尖—板极电场为例，分析不均匀电场中气体放电的极性效应（针极分别为正极和负极）。

答：不管针尖极性如何，放电总是从针尖开始。

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极板间的弱电场，击穿电压变低。

当针尖为负时，正的空间电荷包围了电极，加强了针尖附近的电场，削弱了正空间电荷到极板间的电场，使得击穿电压变高。

I ∞U aq I ap I R I I

4、什么是自持放电？什么是非自持放电？气体击穿是否意味着从非自持放电到自持放电的转变？

答：自持放电：不依赖于外界电离因素造成初始电子，而依靠气隙本身使得电离维持发展的放电；

非自持放电：虽然气体中已经发生了碰撞电离，若将外界电流因素取消，气体放电将逐渐减弱，直到最后停止，放电依赖于外界条件。

气体击穿意味着从非自持放电到自持放电的转变。

5、固体电介质的体积电导和表面电导分别与什么因素有关？

答：电介质电导，及体积电导，是电介质材料的一个物理特性参数，主要取决于电介质本身的组成，结构，含杂质情况及介质所处的工作条件（如温度、气压、辐射等），体积电导电流贯穿介质。

表面电导，介质的表面电导率不仅与介质的性质有关，而且强烈地受到周围环境的湿度、温度、表面的结构和形状以及表面玷污情况的影响。因此，表面电导率不能作为物质的物理特性参数。

6、作图并分析气体电介质的伏安特性曲线。

答：如图示，曲线可分为三个区域。

区域一，欧姆电导区：电场强度很小时，电流密度随电场强度呈正比增加，符合欧姆定律。

区域二，饱和电流区：电流密度保持恒定，与电场强度无关。

区域三，电流激增区：电流密度再度随电场强度的增加而上升。最后，当电场强度增加到某一临界值时，电流密度无限增大，气体丧失绝缘性能而被击穿。

四、问答题及计算题（共30分）

1、有一平行板电容器，中间有两层厚度分别为1d 和2d 的电介质，它们的相对介电常数为1r ε.和2r ε，极板面积为S ，求该电容器的电容量。（30分） 解：S Q

D D ===σ21----------------------------------------------------3分 S Q

E r 101εε=

S Q E r 202εε= ----------------------3分

S Qd S Qd d E d E U r r 2102012211εεεε+=+=--------------------3分

2

1210r r d d S U Q C εεε+==---------------------------------6分 也可以用电容器并联处理。