绝缘材料放电:电介质的极化与电导(平行板电容器实验)

电介质的极化可以用下面平行板电容器实验来说明。如下图所示的平行板电容器,先放在密闭容器内,将极间抽真空,而在极板上施加直流电压U,这时极板上积聚有正、负电荷,其电荷量为Q0,如图(a)所示。然后把一块固体介质(厚度与极间距离相等)放在极板之间,施加同样的电压,就可发现极板上的电荷量增加到Q0+Q’,如图(b)所示。

平行板电容器实验

平行板电容器实验

这是由于介质极化现象所造成的,即在外加电场作用下,此固体介质中原来彼此中和的正、负电荷产生了位移,形成电矩,使介质表面出 现了束缚电荷,相应地便在极板上 另外吸住了一部分电荷Q’,所以极板上电荷增多,并造成电容量亦增大。

平行板电容器在真空中的电容量计算公式为:

平行板电容器电容量计算公式(在真空中)

公式中部分参数含义:

  • A——极板面积,单位:cm2
  • d——极间距离,单位:cm;
  • ε0——真空的介电常数,ε0=8.86×10-14F/cm。

在极板之间插入固体介质后,电容量增加为以下公式计算所得:

平行板电容器电容量计算公式(插入固体介质)

公式中ε——介质的介电常数。

ε与ε0之比就是相对介电常数εr

介电常数

各种气体的εr均接近于1,而常用液体、固体介质的εr则各不相同,大多数在2~6之间。εr与温度、电源频率有关,其关系特性决定于电介质的种类。根据电介质的种类,极化可以分为电子式,离子式和偶极子极化三种主要形式(如下图所示)。另外还有夹层界面极化和空间电荷极化等。

电子式极化:

电子式极化

离子式极化示意图:

离子式极化示意图

偶极子极化示意图:

偶极子极化示意图

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