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2024/11/4 20:39:21电介质的相对介电常数εr 用来表征电介质在电场作用下极化现象的强弱,其物理意义表示极板间放入电介质后电容量或电荷量比极板间为真空时增大的倍数。εr值由电介质的材料决定,并且随温度、频率而变化。
电介质极化的种类
根据电介质的物质结构,极化有以下四种基本形式。
1.电子式极化
在外电场的作用下,物质原子里的电子轨道相对于原子核发生位移,从而产生感应电矩的过程称为电子式极化。
电子式极化存在于一切电介质中,其特点是极化过程所需的时间极短,约10-15~10-14s,极化程度取决于电场强度,与电源频率无关,温度对电子式极化的影响不大。另外,电子式极化属弹性极化,去掉外电场,正、负电荷间的吸引力使得正、负电荷作用中心重合,所以这种极化没有能量损耗。
2.离子式极化
离子式结构的电介质在无外电场作用时,每个分子的正、负离子的作用中心是重合的。在外电场的作用下,电场力使得正、负离子发生相对位移,整个分子呈现极性。这种极化形式称为离子式极化。
离子式极化存在于离子结构的电介质中,其特点是极化过程所需的时间极短。约10-13~10-12s,故极化程度与电源频率无关。离子式极化也属弹性极化,无能量损耗。随着温度的升高,由于离子间的结合力降低,离子式极化的程度略有增加。
3.偶极子式极化
极性电介质是由偶极分子组成的。偶极子是一种特殊的分子,其正、负电荷的作用中心不重合,形成久性的偶极矩,即单个偶极子呈现极性。无外电场作用时,由于偶极子处于杂乱无章的热运动状态,所以整个电介质对外并不呈现极性。在外电场作用下,原来混乱分布的偶极子转向电场方向定向排列,呈现出极性。这种极化方式称为偶极子式极化。
偶极子式极化存在于极性电介质中,其特点是极化过程所需时间较长,约10-10~10-2s,所以极化程度与电源频率有关,频率较高时偶极子来不及转动,因而极化率减小。由于偶极子在转向时需要克服分子间的作用力,即需要消耗电场能量,消耗的能量在复原时不能收回,所以偶极子式极化属非弹性极化。
温度对偶极子式极化的影响较大。当温度升高时分子间的联系力减弱,使极化1 程度加强:但当温度达到一定值时,由于分子的热运动加剧,妨碍偶极子沿电场方营享工 向转向,使极化程度降低。所以,随温度增加极化程度先增加后降低。
上述三种极化是由带电质点的弹性位移或转向形成的,均发生在单一电介质中,是极化最基本的形式。
4.夹层式极化
实际电气设备的绝缘通常采用多层电介质的绝缘结构,因而在不同介质的交界面处会发生由带电质点的移动所形成的夹层式极化。