材料的介電性能ppt課件(編輯修改稿)
2025-02-10 21:38 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 礙； 在障礙處，自由電子積聚，形成空間電荷極化，一般為高壓式極化。 + + + + + + + + + + + + 外電場 P 空間電荷極化的特點(diǎn)： ① 時間較長； ② 屬非彈性極化 ， 有能量損耗； ③ 隨溫度的升高而下降； ④ 主要存在于直流和低頻下 ， 高頻時因空間電荷來不及移動 ， 沒有或很少有這種極化現(xiàn)象 。 ? 自發(fā)極化 ?如果晶胞不僅 結(jié)構(gòu)上沒有對稱中心 ，而且在無外力作用時晶胞本身的 正、負(fù)電荷中心不相重合 ，即 晶胞具有極性 ，那么，由于晶體構(gòu)造的周期性和重復(fù)性。晶胞的固有電矩便會沿著同一方向排列整齊，使晶體處在高度的極化狀態(tài)下，由于這種極化狀態(tài)是在外場為零時自發(fā)地建立起來的，因此稱為自發(fā)極化。 各種極化形式的比較 極化形式 極化的電介質(zhì)種類 極化的頻率范圍 與溫度的關(guān)系 能量消耗 電子位移極化 一切陶瓷 直流 ——光頻 無關(guān) 無 離子位移極化 離子結(jié)構(gòu) 直流 ——紅外 溫度升高極化增強(qiáng) 很弱 離子松弛極化 離子不緊密的材料 直流 ——超高頻 隨溫度變化有極大值 有 電子位移松弛極化 高價金屬氧化物 直流 ——超高頻 隨溫度變化有極大值 有 轉(zhuǎn)向極化 有機(jī) 直流 ——超高頻 隨溫度變化有極大值 有 空間電荷極化 結(jié)構(gòu)不均勻的材料 直流 ——高頻 隨溫度升高而減小 有 宏觀極化強(qiáng)度與微觀極化率 外加電場 E外 E1 外加電場 E外 (物體外部固定電荷所產(chǎn)生。 即極板上的所有電荷所產(chǎn)生） 構(gòu)成物體的所有質(zhì)點(diǎn)電荷的電場之和 E1 （退極化電場，即由材料表面感應(yīng)的電荷所產(chǎn)生） E宏=E外 +E1 1 . 宏觀電場： － + + + + － － － － + + － － + － + + + + － － － 2 . 原子位置上的局部電場 Eloc （有效電場） Eloc=E外 +E1+E2+E3 + + + + + + + + － － － － － － － + + + －－－ E外 E1 E2 E3 對于氣體質(zhì)點(diǎn)，其質(zhì)點(diǎn)間的相互作用可以忽略，局部電場與外電場相同。 對于固體介質(zhì)，周圍介質(zhì)的極化作用對作用于特定質(zhì)點(diǎn)上的局部電場有影響。 作用于介質(zhì)中質(zhì)點(diǎn)的內(nèi)電場 周圍介質(zhì)的極化作用對作用于特定質(zhì)點(diǎn)上的電場貢獻(xiàn)。 根據(jù) D= ?o E+P （ D為電位移或電感應(yīng)） 得 P =D－ ?o E=（ ?1－ ?o ） E = ?o （ ?r－ 1） E 由 Eloc=E外 +E1+P /3?o=E+P /3?o 得 Eloc=（ ? r +2） E/3 設(shè)介質(zhì)單位體積中的極化質(zhì)點(diǎn)數(shù)等于 N，則又有 P= ?N=N?Eloc 得 （ ? r － 1 ） /（ ? r +2 ） = N?i /（ 3 ?o ） 上式為克勞修斯 莫索蒂方程 3. 克勞修斯 莫索蒂方程 克勞修斯 莫索蒂方程的意義： 建立了可測物理量 ? r （宏觀量）與質(zhì)點(diǎn)極化率 ?（微觀量）之間的關(guān)系。 克勞修斯 莫索蒂方程的適用范圍： 適用于分子間作用很弱的氣體、非極性液體、非極性固體、具有適當(dāng)對稱性的固體。 從克勞修斯 莫索蒂方程：討論高介電常數(shù)的質(zhì)點(diǎn)： （ ? r － 1 ） /（ ? r +2 ） = N?i /（ 3 ?o ） （ ? r － 1 ） /（ ? r +2 ） ? r越大其值越大 介質(zhì)中質(zhì)點(diǎn)極化率大，極化介質(zhì)中極化質(zhì)點(diǎn)數(shù)多，則介質(zhì)具有高介電常數(shù)。 ? 影響介電常數(shù)的因素： –介電類型 –溫度系數(shù) ?介電常數(shù)與溫度呈強(qiáng)的非線性關(guān)系，用溫度系數(shù)描述溫度特征難度大 ?介電常數(shù)與溫度呈線性關(guān)系，可以用溫度系數(shù)描述介電常數(shù)與溫度的關(guān)系 介電常數(shù)的溫度系數(shù) 根據(jù)介電常數(shù)與溫度的關(guān)系，電子陶瓷可分為兩大類： 非線性的陶瓷介質(zhì)：鐵電陶瓷、松弛極化十分明顯的材料。 線性的陶瓷介質(zhì) 介電常數(shù)的溫度系數(shù)：隨溫度變化，介電常數(shù)的相對變化率，即： TK?=d? / ?dT 實際工作中的方法： TK?=(?t－ ?o)/ ?o(t－ to) 損耗因子 在真空中的平行平板式電容器兩極板上加交變電壓V=Voe i?t，電容上的電流與外電壓相差 90o的位相。 由 Q=CoV V=Q/Co=?Idt/Co I=CodV/dt 電容上的電流： Io=i?CoV 兩極板間充入非極性完全絕緣的材料， 電容上的電流： I=i?CV= i??rCoV= ?rIo 如果介質(zhì)有微弱的導(dǎo)電，則其中有一個與外加電壓相位相同的小電流（ I= i?CV+GV） 通過 V i?CV 設(shè)電導(dǎo) G僅由自由電荷產(chǎn)生，則 : G=?S/d , 由于電容 : C=?l S/d 則電流密度 : j=(i??l + ?)E= ?*E= i??l* E 復(fù)電導(dǎo)率 ?* 的定義： ?*= i??l + ? 復(fù)介電常數(shù)的定義： ?l*= ?* / i?= ?l i ?/ ? 損耗角 ?的定義： tg?=損耗項 /電容項 =?/ ? ?l 得： ? = ? ?l tg? （
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