《大学物理d电介质》课件

大学物理电介质d课程大纲电介质的概念电介质的极化电容和能量电介质的击穿电介质的定义、类型和特性电子极化、离子极化和取向极电容的定义、表达式和能量储击穿电压、影响因素和绝缘材化存料的选择电介质的基本概念

1.定义特点电介质是一种不导电的物质，但能在电介质能够储存电能，并能够降低电电场的作用下发生极化场强度，从而起到绝缘的作用电介质的定义

1.1定义特性电介质是指在电场作用下，内部电荷发生微观位移，从而产生极电介质的主要特点是具有极化性，在电场作用下，其内部电荷发化的物质生微观位移，形成电偶极矩，从而改变电场的分布电介质的特点

1.2无极性极性无极性电介质，在没有外电场作极性电介质，在没有外电场作用用时，其分子没有极性，例如时，其分子具有永久性电偶极空气、苯、二氧化碳等矩，例如水、酒精、氯化钠等介电常数电介质的介电常数是衡量电介质极化程度的物理量，反映了电介质储存电能的能力电介质的作用

1.3绝缘储能电介质可以阻止电流通过，防止电路电介质可以储存电能，例如在电容器短路或触电，保障安全中，电介质储存电荷，形成电场，储存电能提高器件性能电介质可以提高器件的性能，例如在电容器、电缆、变压器等电子器件中，电介质可以提高器件的效率和可靠性电介质的极化

2.当电介质置于外电场中时，其内部的电荷分布会发生变化，形成电偶极矩，这个过程称为电介质的极化电子极化离子极化取向极化电场使原子内部的电电场使离子晶体中的电场使具有固有电偶子云发生形变，产生正负离子发生相对位极矩的极性分子发生电偶极矩移，产生电偶极矩取向，产生电偶极矩电子极化

2.1原子结构电偶极矩影响因素123电子围绕原子核运动，形成电子云电子极化导致原子产生一个电偶极电子极化的程度与原子结构、外电场外部电场会使电子云发生形变，偏向矩，方向与外电场一致，强度与外电强度、温度等因素有关正极，产生极化电偶极矩场强度成正比离子极化

2.2离子晶体外电场作用极化强度在离子晶体中，正负离子之间存在静当外电场施加时，正负离子会发生微离子极化的程度取决于离子键强度和电吸引力，形成稳定的晶格结构小位移，导致电偶极矩产生离子的可移动性取向极化

2.3极性分子非极性分子在电场作用下，极性分子会发生取向，使其偶极矩方向与电场方在电场作用下，非极性分子会发生诱导极化，形成瞬时偶极矩，向一致极性分子的取向极化程度取决于分子偶极矩的大小和电方向与电场方向一致诱导极化的程度取决于分子的极化率和电场强度的强弱场强度的强弱电介质的电容及其能量

3.电容器是储存电能的重要元件，其电容大小取决于电介质的性质电容的定义电容的表达式电容器的电容是指电容器两极板之间电容的表达式为，其中为C=Q/U C的电位差与所带电荷量的比值电容，为电荷量，为电位差Q U电容的定义

3.1电容的概念电容的单位电容是衡量电容器储存电荷能力电容的单位是法拉（）F的物理量电容的表达式

3.2电容的能量

3.3电场能量充电过程放电过程电容存储的能量实际上是电场能量，电容器在充电过程中，电场逐渐建立，电容器存储放电时，电场能量转化为其他形式的能量，的电场强度与电压和极板间距有关的能量也逐渐增加，直到达到稳定状态例如热能或机械能，电容器的电压下降，能量逐渐减少电介质的击穿定义影响因素当电介质承受的电场强度超过其承受电介质的类型、温度、湿度、气压等能力时，它会失去绝缘性能，发生击因素都会影响击穿电压穿现象击穿电压的定义

4.1当施加在电介质上的电压达到一定值击穿电压是指使电介质发生击穿时的时，电介质的绝缘性能会失效，电流电压值突然增大，电介质发生击穿击穿电压是衡量电介质绝缘性能的重要指标，它反映了电介质抵抗高电压的能力影响击穿电压的因素材料纯度温度12杂质会降低击穿电压例如，陶瓷材料中的金属氧化物会形随着温度升高，击穿电压会降低，这是因为材料的电导率会成导电路径增加电场强度电压频率34电场强度越高，击穿电压越低材料在高电场强度下更容易电压频率越高，击穿电压越低因为高频电压会导致材料内发生击穿部产生热量，降低击穿电压绝缘材料的选择

4.3耐压性能耐温性能绝缘材料必须能够承受工作电压绝缘材料在高温环境下不会发生而不被击穿选择耐压性能高的性能下降或分解选择耐温性能材料对于保证设备的安全运行至高的材料可以延长设备的使用寿关重要命机械强度抗化学性能绝缘材料必须具有足够的机械强绝缘材料必须能够抵抗各种化学度，能够承受各种外力，例如拉物质的侵蚀，例如酸、碱、油脂伸、弯曲、冲击等等选择抗化学性能高的材料可以保证设备在各种环境下正常工作电介质的电流

5.感应电流导电电流电介质在外电场作用下产生的电流，由于电介质中存在少量自由电荷在外由于极化而产生电场作用下产生的电流感应电流

5.1极化电流位移电流当电介质置于外电场中时，其内部电荷会发生重新分布，形成极化在变化的电场中，即使没有自由电荷的运动，也会产生电流，称为电荷极化电荷的运动会产生电流，称为极化电流位移电流位移电流是由于电场的变化引起的导电电流

5.2由于电介质中存在少量自由电荷，在导电电流的大小与电介质的温度、电外电场作用下，这些自由电荷会发生场强度和自由电荷浓度有关定向移动，形成导电电流导电电流会造成介质损耗，表现为电能转化为热能介质损耗电流

5.3介质损耗损耗电流在交变电场中，极性介质会发生能量损耗，表现为电流产生热介质损耗电流是由于介质损耗引起的电流，与电场频率和介质的量性质有关电介质的应用电容器电缆电容器是利用电介质储存电能的元电缆用电介质作为绝缘层，防止电流件泄漏电容器

6.1储能元件电路元件电容器可以储存电能，并在需要电容器是电路中常用的元件，用时释放出来于滤波、耦合等应用广泛电容器在电子设备、通信设备、电力系统等领域都有广泛应用电缆

6.2电缆是将电力或信号传输到远处的导线绝缘材料包裹导体，防止漏电或短路电缆用于各种应用，如电力传输、数据通信和信号传输变压器

6.3工作原理应用场景变压器利用电磁感应原理，将交流电的电压或电流进行升降变广泛应用于电力传输、电子设备、工业自动化等领域换绝缘材料

6.4电缆绝缘高压绝缘电子设备绝缘绝缘材料可防止电缆之间或电缆与地面之间在高压电力设备中，绝缘材料用于防止电弧在电路板和其他电子设备中，绝缘材料用于发生短路，确保电力传输安全可靠放电，保障电力系统稳定运行隔离不同元件，防止短路，保证电路正常工作课程总结本课程介绍了电介质的基本概念、性质和应用了解电介质的极化机制、电容、击穿特性以及在电气设备中的应用课程重点回顾电介质的基本概念电介质的极化12电介质的定义，特点和作用，电子极化，离子极化，取向极包括极化现象和分类化三种极化方式及影响因素电容及能量电介质的击穿34电容的定义，表达式，能量计击穿电压的定义，影响击穿电算，以及电介质对电容的影压的因素，以及绝缘材料的选响择思考题与练习

7.2课程结束后，同学们可以思考以下问题电介质的极化对电容的影响是什么？-如何选择合适的电介质材料？电介质的应用有哪些？--此外，还可以尝试解答课本中的习题，巩固所学知识通过思考与练习，加深对电介质的理解和应用。