導體和電介質(zhì)課件

導體和電介質(zhì)課件目錄CONTENTS導體基本性質(zhì)靜電場下導體特性電介質(zhì)基本性質(zhì)交變電場下電介質(zhì)特性導體和電介質(zhì)在工程應用實驗演示與互動環(huán)節(jié)01導體基本性質(zhì)CHAPTER容易導電的物質(zhì)即為導體，如金屬、石墨、人體、大地以及酸、堿、鹽的水溶液等。導體定義根據(jù)導電性能不同，導體可分為第一類導體（金屬和石墨）和第二類導體（電解液和電離的氣體）等。導體分類導體定義及分類表示物質(zhì)導電性能的物理量，其大小反映了載流子數(shù)量的多少和遷移速率的快慢。表示物質(zhì)對電流的阻礙作用，與電導率互為倒數(shù)關系。電阻率越大，導電性能越差。電導率與電阻率電阻率電導率

導體中自由電子行為自由電子來源導體中的自由電子主要來源于原子外層的電子，這些電子在熱運動或外電場作用下脫離原子核束縛而成為自由電子。電子運動規(guī)律在沒有外電場作用時，自由電子做無規(guī)則熱運動；在外電場作用下，自由電子沿電場方向做定向移動形成電流。電子散射與遷移在導體中，自由電子不斷與晶格上的原子實碰撞而散射，同時在外電場作用下發(fā)生定向遷移。遷移速率與電場強度、溫度等因素有關。02靜電場下導體特性CHAPTER當導體處于外電場中時，導體內(nèi)部自由電荷在電場力作用下發(fā)生移動，導致導體兩端出現(xiàn)等量異種電荷的現(xiàn)象。靜電感應定義外電場作用下，導體內(nèi)部自由電荷移動，使得導體兩端電荷不斷積累，直到導體內(nèi)部電場與外電場平衡。靜電感應過程靠近帶電體的導體發(fā)生靜電感應，如法拉第籠實驗。靜電感應現(xiàn)象實例靜電感應現(xiàn)象導體表面電荷分布遵循一定的規(guī)律，如導體表面電荷密度與表面曲率半徑成反比。電荷分布規(guī)律電荷分布原因電荷分布影響因素導體內(nèi)部自由電荷在電場力作用下移動，最終在導體表面形成電荷分布。導體形狀、大小、材料等因素都會影響導體表面電荷分布。030201導體表面電荷分布規(guī)律靜電屏蔽效應原理由于導體內(nèi)部自由電荷的移動和重新分布，使得導體內(nèi)部空間電場強度為零，從而實現(xiàn)對外部電場的屏蔽。靜電屏蔽效應定義當導體處于外電場中時，由于導體內(nèi)部自由電荷的移動和重新分布，使得導體內(nèi)部空間電場強度為零的現(xiàn)象。靜電屏蔽效應應用靜電屏蔽廣泛應用于電子設備、電力系統(tǒng)等領域，如高壓輸電線路的屏蔽、電子設備的電磁兼容設計等。靜電屏蔽效應及應用03電介質(zhì)基本性質(zhì)CHAPTER電介質(zhì)定義電介質(zhì)是指在電場作用下能夠發(fā)生極化現(xiàn)象，且其本身不具有導電性的物質(zhì)。電介質(zhì)分類主要包括無極電介質(zhì)和有極電介質(zhì)兩類。電介質(zhì)定義及分類電介質(zhì)在電場作用下，正負電荷中心發(fā)生相對位移，形成電偶極子的現(xiàn)象。極化現(xiàn)象描述電介質(zhì)極化程度的物理量，與電場強度、電介質(zhì)性質(zhì)等因素有關。極化強度極化現(xiàn)象與極化強度描述電介質(zhì)儲存電荷能力的物理量，與電介質(zhì)的幾何尺寸、介電常數(shù)等因素有關。電容描述電介質(zhì)在電場作用下電容與真空電容之比，反映電介質(zhì)對電場的響應程度。介電常數(shù)描述電介質(zhì)在交變電場作用下能量損耗大小的物理量，與電介質(zhì)的導電性、極化過程等因素有關。損耗角正切電容、介電常數(shù)及損耗角正切04交變電場下電介質(zhì)特性CHAPTER交變電場導致電介質(zhì)分子正負電荷中心分離，產(chǎn)生極化現(xiàn)象。極化現(xiàn)象隨著交變電場頻率的增加，介電常數(shù)逐漸減小，呈現(xiàn)頻散現(xiàn)象。介電常數(shù)變化交變電場下電介質(zhì)的損耗較直流電場下更大，導致電介質(zhì)發(fā)熱。損耗增加交變電場對電介質(zhì)影響品質(zhì)因數(shù)衡量電介質(zhì)在交變電場下性能優(yōu)劣的參數(shù)，與損耗成反比。改善品質(zhì)因數(shù)方法提高電介質(zhì)純度、優(yōu)化制備工藝、改進結構設計等。介質(zhì)損耗交變電場下，電介質(zhì)因內(nèi)部分子摩擦、離子導電等產(chǎn)生的能量損耗。介質(zhì)損耗與品質(zhì)因數(shù)局部放電現(xiàn)象交變電場下，電介質(zhì)內(nèi)部局部區(qū)域電場強度超過其擊穿場強時發(fā)生的放電現(xiàn)象。危害局部放電導致電介質(zhì)局部劣化、溫度升高，嚴重時引發(fā)擊穿，影響設備正常運行。抑制局部放電措施提高電介質(zhì)均勻性、降低電場集中程度、加強設備絕緣等。局部放電現(xiàn)象及危害05導體和電介質(zhì)在工程應用CHAPTER03經(jīng)濟性在滿足技術性能要求的前提下，盡量選擇價格合理、來源廣泛的導體和電介質(zhì)材料。01導體材料選擇根據(jù)電流密度、導電率、機械強度等因素選擇合適的導體材料，如銅、鋁等。02電介質(zhì)選擇考慮絕緣性能、耐熱性、耐老化等因素，選擇合適的電介質(zhì)材料，如聚乙烯、交聯(lián)聚乙烯等。輸變電系統(tǒng)中導體和電介質(zhì)選擇原則絕緣電阻擊穿電壓耐老化性能測試方法高壓絕緣材料性能要求及測試方法01020304高壓絕緣材料應具有高的絕緣電阻，以降低泄漏電流和介質(zhì)損耗。絕緣材料在承受一定電壓時不會發(fā)生擊穿，以保證設備和人身安全。絕緣材料應具有良好的耐老化性能，以保證其長期穩(wěn)定運行。采用絕緣電阻測試儀、擊穿電壓測試儀等儀器對絕緣材料進行性能測試。導體作用在電子元器件中，導體主要用于構成電流回路，傳輸電能和信號。電介質(zhì)作用電介質(zhì)在電子元器件中主要起絕緣、支撐和固定等作用，保證元器件的正常工作。如電容器中的電介質(zhì)，用于儲存電荷和隔離電極。電子元器件中導體和電介質(zhì)作用06實驗演示與互動環(huán)節(jié)CHAPTER利用靜電感應現(xiàn)象，展示電荷在導體上的分布與變化情況。實驗原理準備帶電體、導體和絕緣體，將帶電體靠近導體，觀察導體上的電荷分布現(xiàn)象。實驗步驟導體上的電荷分布隨著帶電體的靠近而發(fā)生變化，出現(xiàn)電荷的聚集和排斥現(xiàn)象。實驗現(xiàn)象靜電感應現(xiàn)象揭示了電荷在導體上的分布情況，為進一步理解電勢、電場等概念打下基礎。實驗結論靜電感應實驗演示利用交變電場下介質(zhì)損耗的測量方法，研究電介質(zhì)在交變電場下的導電性能。實驗原理實驗步驟實驗現(xiàn)象實驗結論準備交變電場源、電介質(zhì)樣品、測量電路等，按照測量步驟進行實驗操作。交變電場下，電介質(zhì)中出現(xiàn)電流，導致能量損耗，該損耗與電介質(zhì)的導電性能密切相關。通過測量交變電場下電介質(zhì)的損耗，可以評估其導電性能，為電介質(zhì)材料的應用提供參考。交變電場下介質(zhì)損耗測量實驗演示靜電感應現(xiàn)象觀察。學生分組進行靜電感應實驗，觀察并記錄實驗現(xiàn)象，討論實驗結果，加深對靜電感應現(xiàn)象的理解?；迎h(huán)節(jié)1電介質(zhì)導電性能測試。學生利用提供