电介质物理基础--孙目珍版-最完整的课后习

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?x1根据玻尔兹曼的统计分布为ee?x1?。所以在1cm行程的

1?次碰撞中,能产生碰撞电

离的次数为

??1,也就是

?UE???1?e?x1???e

1?AP,式中,A为比

当温度一定时,平均自由行程?与大气压力P成反比:例系数。为此??APe?UE???APe?APUE,若令AU?B,B也是系数。于是上式写成

??APe?BPE①

?1?根据?ead?1?1并取对数,可得ln??1?????ad②

????将①式代入②式,且注意到Vm?Emd,则APde?BPE?1??ln??1????,

??????APd?Vm?BPd/ln???1??通过对上式取对数、运算,可得气体电介质的击穿电压为?ln??1?????

????简记为Vm?F?P?d?

巴申定律可用于定量计算击穿电压Vm

10.固体电介质中,导电载流子有哪几种类型?说明其对电导的影响及与温度的关系。

固体电介质的电导按导电载流子的不同类型可以分为两类:离子电导(本征离子电导、弱联系离子电导)和电子电导。

在弱电场中主要是离子电导,但是对于某些材料,如钛酸钡、钛酸钙和钛酸锶等钛酸盐类,在常温下除了离子电导以外还会呈现出电子电导的特征。

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11.固体电介质的电导率与温度的关系式为??Ae?B/T,或者???0e?t。式中:?0U,U为激活能量,k为玻尔兹kB曼常数,T为绝对温度,?为电导率的温度系数,??,t为摄氏温度。据2273是温度为0℃时的电导率,A为比例系数,B?以上关系式,给出计算导电载流子的激活能U的方法,并作出简图。

BB,lg??A??lge TTB电导率??A?1eB/T,两边取对数有lg??A??lge

T1根据所测得的电阻率?和测试温度T,作出lg?和的关系曲线图,计算出直线

T由关系式??Ae?B/T两边取对数有ln??A?的斜率Blge,即可求出激活能U。

???0e??t,lg??lg?0??tlge,?lge?k,??因此U?Bk

Bk,??,B?2732? 2273lge12.离子位移极化、热离子松弛极化、离子电导的区别在哪几方面? 热离子松弛极化与离子电导的区别:

a)迁移距离:离子电导是离子作远程迁移,而离子松弛极化质点仅作有限距离的迁移,它只能在结构松散区或缺陷区附近移动;

b)势垒高度:离子松弛极化所需克服的势垒低于离子电导势垒,离子参加极化的几率远大于参加电导的几率。

离子位移极化与热离子松弛极化的区别:

位移极化:弹性的、瞬时完成的极化,不消耗能量;

松弛极化:完成极化需要一定的时间,是非弹性的,消耗一定的能量,与热运动有关。

13.固体电介质的热击穿的原因是什么?固体电介质热击穿电压与哪些因素有关?关系如何?如何提高固体电介质的热击穿电压?

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固体电介质的热击穿的原因:电介质在电场作用下要产生介质损耗,这一部分损耗以热的形式消耗掉。若这部分热量全部由电介质中散入周围媒质,那么在一定的电场作用下,每一瞬间都保持电介质对外界媒质的热平衡。当外加电场增加到某一临界值时,通过电介质的电流增加,电介质的发热量急剧增大。如果发热量大于电介质向外界散发出的热量,则电介质的温度不断上升,温度的上升又导致电导率的增加,流经电介质的电流亦增加,损耗加大,发热量更加大于散热量。。。如此恶性循环,直至电介质发生热破坏,使电介质失去其原有的绝缘性能。 固体电介质热击穿电压与电介质的厚度、温度、频率有关。

①击穿电压与电介质的厚度的关系:当厚度较小时,随厚度的增加,击穿场强迅速降低,当厚度较大时,厚度的增加对场强影响不大(击穿电压随厚度的增加而线性地增长)

②击穿电压与温度的关系:随温度的增长,热击穿电压呈指数曲线下降(对数坐标图上线性关系),与电阻率随温度变化的定性关系一致。

③击穿电压与频率的关系:当频率增加,极化损耗增加,热击穿电压降低。 提高固体电介质的热击穿电压可用以下方法:①选取电阻率大的电介质;②选取介质损耗小的电介质;③选取耐热和导热性能优良的电介质;④采取强化散热措施,如加大电极的散热面积,涂敷辐射系数大的颜色等。

14.根据瓦格纳的热击穿电压的计算公式,解释能否利用增加介质的厚度来提高固体电介质的热击穿电压,为什么?

15.简要叙述瓦格纳的热击穿理论;瓦格纳的热击穿理论的实用性如何?

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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其周围小得多,构成电介质中的低阻导电通道,当在平板电极间加上一电压后,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二产生大量的热量,如果发热量大于散热量,导电通道的温度降不断上升,导致热击穿,称为瓦格纳热击穿理论。

瓦格纳热击穿理论的最大不足在于:其假设的通道的电导率要比周围的电介质的电导率大得多才能成立,然而,对于均匀的电介质来说,理论的假设不够充分;有关通道的本质、大小、电导率和散热系数的热量关系,用实验的方法难以获得。因此,瓦格纳热击穿理论只能定性地给热击穿一个概念。 16.固体介质的击穿有哪几种类型?与气体介质相比有何不同? 固体介质的击穿有三类:①热击穿②电击穿③电化学击穿

与气体介质相比:①固体介质的击穿场强较高,但固体介质击穿后在材料中留下不能恢复的痕迹,如烧焦或溶化的通道、裂缝等,即使去掉外加电压,也不像气体一样能自行恢复。

②组成固体的原子(包括离子成分子)不像在气体中那样作任意的布朗运动。而只能在自己的平衡位置(晶格节点)附近作微小的热振动。固体中相邻粒子间的热振动总互相关联的,形成具有—系列频率的晶格波。

③固体原子的彼此接近改变了单个原子的核外电子分布,单个原于中的分立电子能级变成能带,处在满带的电子相当于束缚电子,处于导带中的电子则可以看成是具有有效质量为m*的自由电子,当满带电子得到足够的能量而越过禁带时,就分发生电离离,因此禁带能量就相当于电子的电离能。

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