电负性的概念: 1932年L.鲍林最先提出:电负性是元素的原子 在分子中吸引电子的能力。 可见电负性不是一个孤立原子的性质而是在 周围原子影响下的分子中原子的性质即电负性决 定于原子在分子中的价态和环境 .非金属吸引电子 能力较大,电负性数值大.而金属吸引电子能力较弱, 电负性较小. 电负性不仅可以用来判断元素的金属性和非 金属性,还可以合理地说明键长、键能、键偶极矩、 键型过渡及其他一系列结构与性能规律,是化学上 应用最广的基本概念之一。

夹层介质界面极化:实际的许多电气设备是 多层电介质的绝缘结构.在不均匀夹层介质 中,外加电场时介质交界面会积累电荷,称为 夹层介质界面极化. 以双层电介质模型为例分析,下页图示: 合闸瞬间两层介质的电压比由电容决定,稳 态时分压比由电导决定:
当t=0,U1/U2=C2/C1;当t
∞,U1/U2=G2/G1
1. 形成分子和聚集态的各种健 分子由原子或离子组成;气体,液体和固体是 3种聚集态,是由原子,离子或分子组成. 键代表质点间的结合方式,分子及3种聚集态 的性质与键的形式密切有关. 分子内相邻原子间的结合力称为化学键,有 两大类:离子键和共价键. 分子与分子间的结合力称为分子键.
几种材料的电导特性与电阻率 电介质:电导主要由离子造成, 电阻率ρ：109～1022Ω.cm, 温度升高电阻率下降 金属:电导主要由电子造成, 电阻率ρ：10-6～10-2Ω.cm, 温度升高电阻率增大 半导体:电导主要由离子造成, 电阻率ρ：10－2～109Ω.cm, 温度升高电阻率下降
1. 形成分子和聚集态的各种健 离子键：电负性相差很大的原子相遇,相互 发生电子转移,电负性小的原子失去电子成 为正离子,电负性大的原子获得电子成为负 离子.正、负离子由静电库仑力结合成分子， 即正负离子间形成离子键。离子键键能很 高,很多正负离子通过离子键结合形成离子 性固体,如NaCl晶体.大多数无机介质都是靠 离子键结合起来的,如玻璃,云母等.
1. 形成分子和聚集态的各种健 共价键：由电负性相等或相差不大的两个或几个 原子通过共有电子对结合起来，达到稳定的电子 层结构，称之共价键。有机电介质都由共价键结 合而成,某些无机晶体如金钢石也是共价键. 共价键分为非极性键和偶极性键.非极性键的 电子对称分布,分子正,负电荷中心重合,构成非极 性分子,如CCl4、CH4等.偶极性键的电子分布不 对称,分子的正,负电荷中心不重合. 分子键：分子以相互间的吸引力结合在一 起，形 成分子键.
电介质.相对 介电常数较 大:3 ～ 6 离子性电介 质,相对介电 常数较大:5 ～8
3. 讨论极化的意义



选择绝缘：在实际选择绝缘时，除了考虑电气强度外，还 应考虑介电常数εr。对于电容器，若追求同体积条件有较 大电容量，要选择εr较大的介质。对于电缆，为减小电容 电流，要选择εr较小 的介质 多层介质的合理配合：对于多层介质，在交流及冲击电压 下，各层电压分布与其εr成反比，要注意选择εr，使各层 介质的电场分布较均匀，从而达到绝缘的合理应用 研究介质损耗的理论依据：极化形成和介质损失有关，要 掌握不同极化类型对介质损失的影响 电气预防性试验：项目的理论根据 其他：如驻极体、铁电体、压电体、热电体等新型材料的 研发

施加外电场后电介质中粒子极化

或由于正、负电荷的相对位移——位移极 化;或由于偶极子的转向——偶极转向极化. 均在电场方向产生偶极矩
一个平行平板电容器在真空中电容量为C0,在 平板间插入一个固体介质,电容器的电容量变 为:εr*C0, εr为介质相对介电常数.电容量增大的原 因是介质发生极化现象.
第4章 液体,固体电 介质的电气性能
第4章 能
4.1 4.2 4.3 4.4
液体,固体电介质的电气性
液体,固体电介质的极化,电导与损耗 液体电介质的击穿 固体电介质的击穿 组合绝缘的电气性能
4.1 液体,固体电介质的极化,电导与 损耗
4.1.1电介质物质结构的基本知识 4.1.2极化与电介质 4.1.3电介质的电导特性 4.1.4电介质的能量损耗及介质损失角正切
极化的总效果是在介质边缘出现电荷分布,这些电荷仍束 缚在每个分子中,所以称之为束缚电荷或极化电荷.

未加外电场时电介质中的粒子
在电介质中各粒子的正、负电荷中心重合 或者各分子的原子(或离子)处在各自的平衡 位 置，均无感应偶极矩 或者极性分子(偶极子)混乱分布，在各个方 向的 合成偶极矩为零
2. 电介质的分类：根据化学结构分为4类



非极性电介质：分子由共价键结合，由非极性分 子组成的电介质称非极性电介质。如氮气、聚四 氟乙烯 弱极性电介质：有些非极性电介质由于存在分子 异构或支链，多少有些极性，称弱极性电介质。 如聚苯乙烯 偶极性电介质：由极性分子组成的电介质。如聚 氯乙烯、有机玻璃等 离子性电介质：离子性电介质没有个别的分子， 只以固体的形式存在。分为晶体和无定形体两类。 如石英(无定形体)、云母(晶体)
5. 固体电介质的电导 吸收特性：固体介质中电流的吸收现象比较明显 电导构成：离子电导（电导的机理,规律和液体类似）， 无电泳电导 电阻率

离子性电介质,电导大小与离子本身的性质有关：

结构紧密，洁净的电介质，电阻率为1017Ω•cm～1019Ω•cm 结构不紧密且含单价小离子的电介质的电阻率仅达1013Ω•cm～ 1014Ω•cm
均匀电场中气体的 伏安特性
4. 液体电介质的电导 吸收特性：液体中极化发展快，吸收电流衰减快 构成液体电介质的电导的因素：离子电导、电泳 电导.离子电导是由液体本身或杂质的分子解离的 离子决定;电泳电导是由固体或液体杂质以高度分 散状态悬浮于液体中形成的胶体质点吸附离子而 带电造成的. 电阻率：与分子极性及液体的纯净程度有关

电介质电气性能的划分（四类表征参数） 介电特性：指介电常数、介损等 电气传导特性：如载流子移动、高场强下 的电气传导机理等 电气击穿特性 ：包括击穿机理、劣化、电 压-时间特性曲线（V-t）等 二次效应：如空间电荷效应、陷阱、局域 态中心、界面现象、化学结构、形态、杂 质等效应

非极性和弱
极性电介质, 相对介电常 数较小:1.8 ～2.8 偶极性电介 质,相对介 电常数较 大:3 ～ 80

固体电介质的介 电常数,分为:
非极性和弱极性
固体电介质,只 有电子式极化和 离子式极化,相 对介电常数较 小:2.0 ～ 2.7

固体电介质 的介电常数, 分为:
偶极性固体
ε随温度、频率而变化
ε是一虚数，分实部和虚部 通常使用的是实数部分
气体电介质的介 电常数:气体分子 间距离很大,密度 很小,气体的极化 率很低,因此气体 的相对介电常数 都接近1. 气体介电常数随 温度升高而减小, 随压力增大而变 大,但是变化很小.


液体电介质 的介电常数, 分为:
4.1.1

电介质物质结构的基本知识
电介质的概念：物理特性上具有绝缘体无 传导电子的结构，在外电场作用下内部结 构发生变化，并且反过来影响外电场的固 体、液体和气体物质总称为电介质. 电介质的地位：电介质与导体、半导 体、 磁体等作为材料，在电工电子工 程领域中 占有重要的地位
为什么要讨论电介质：电介质放入外场后， 内部结构受外电场的作用而发生变化，并 且反过来影响外电场，使原来的电场分布 发生变化，同时也使其它的物理性能发生 变化。我们有必要对变化后的物理量进行 讨论。 电介质的主要用途：利用大介电常数构成 电容器;利用高绝缘阻抗构成电工绝缘材料; 驻极体、压电体、 热敏元件等等
式中,
A为测量电极 的有效面积，h为介 质厚度，R V 由测量 的漏导电流ig及电压 值决定，RV=U/ig。

介质的表面电阻率和电导率：改变三电极的回路， 设法测量上电极与辅助电极间的表面电流,屏蔽上 下电极间的体积电流,即可测量表面电阻.其中 g代 表两电极间距 电阻率:单位Ω
s Rs ( d1 g )
测量介质试品电流的方法：三电极法 注意：测量时，仪表应避开 瞬时充电电流ic和放 电电流 i'c以避免过大的瞬时值损坏仪表
2.体积电导和表面电导 体积电阻率: ρ V 单 位Ω.cm
用三电极法测量介质
那么介质的体积电导率γV 则为

v
1
v
的ρ V 为:
A V Rv h
4.1.2


极化与电介质
极化的基本概念：电介质在电场作用下，正、负电荷作微 小位移而产生偶极矩，或在电介质表面出现感应束缚电荷 的现象称为电介质极化 偶极矩:正、负电荷中心间的距离r和电荷中心所带电量q的 乘积，叫做偶极矩μ＝r×q,单位是D德拜,是一个矢量，方 向规定为从负电荷中心指向正电荷中心。偶极矩用于表示 极性大小,偶极矩越大，极性越大。
分子的等效正电中心和等效负电中心： 电介质均由分子和原子组成，每个分子中 所有正电荷对外界作用的电效果可以等效 为集中在某一点的等效点电荷的作用效果， 这个等效点电荷的位置称为分子的正电荷 中心； 同理，每个分子中所有负电荷对外界作用 的电效果可以等效为集中在某一点的等效 点电荷的作用效果，这个等效点电荷的位 置称为分子的负电荷中心
4.1.3电介质的电导特性
1. 电介质中的传导电流 电气传导电流概念：是表征单位时间内通过某一 截面的电量 电介质中的传导电流包括:漏导电流和位移电流两 个分量 漏导电流：又称泄漏电流, 由介质中自由的或相互 联系弱的带电质点在电场作用下运动造成的 位移电流：由电介质极化造成的吸收电流
g


电导率
s
1
s
3. 气体电介质的电导 吸收特性：气体中无吸收 电离子的浓度：由外电 离因素造成， 约为500～ 1000对/cm2 如图所示,OA和AB段气体 电导极微小,电阻率： 1022Ω•cm 当场强超过Eb,气体电介质 发生碰撞电离,气体电介质 的电导急剧增大.