電介質(zhì)期末復(fù)習(xí)題(共10頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上電介質(zhì)期末復(fù)習(xí)題1、 什么叫退極化電場？如何用一個極化強(qiáng)度P表示一個相對介電常數(shù)為的平 行板介質(zhì)電容器的退極化電場、平均宏觀電場、電容器極板上充電電荷產(chǎn)生 的電場。 電介質(zhì)極化以后，電介質(zhì)表面的極化電荷將削弱極板上的自由電荷所形成的 電場，所以，由極化電荷產(chǎn)生的場強(qiáng)被稱為退極化電場。 退極化電場： 平行宏觀電場：充電電荷產(chǎn)生的電場：2、 試寫出洛倫茲有效電場的表達(dá)式。適合洛倫茲有效電場時，電介質(zhì)的介電系 數(shù)和極化率有什么關(guān)系？其介電系數(shù)的溫度系數(shù)的關(guān)系式又如何表示。 洛倫茲有效電場表達(dá)式： 電介質(zhì)的介電系數(shù)和極化率的關(guān)系： 其介電系數(shù)的溫度系數(shù)的關(guān)系式：3、 若表示球

2、內(nèi)極化粒子在球心所形成的電場，試表示洛倫茲有效電場中 時的情況 時，洛倫茲有效電場可表示為：4、試述方程賴以成立的條件及其應(yīng)用范圍 賴以成立的條件：。 其應(yīng)用范圍：非極性氣體電介質(zhì)，低壓力極性氣體電介質(zhì)，高對稱性的立方 點(diǎn)陣原子、離子晶體等分子間作用較小的電介質(zhì)。5、 有一介電系數(shù)的球狀介質(zhì)，放在均勻電場E中。假設(shè)介質(zhì)的引入不改變外 電場的分布，試證按洛倫茲有效電場計算模型可得：時，因此6、 列舉一些介質(zhì)材料的極化類型，以及舉出在各種不同頻率下可能發(fā)生的極化 形式。 如高鋁瓷, 其主要存在電子和離子的位移極化, 而摻雜的金紅石和鈦酸鈣 瓷 ，除了含有電子和離子的位移極化以外, 還存在

3、電子和離子的松弛極化。 極性介質(zhì)在光頻區(qū)將會出現(xiàn)電子和離子的位移極化, 在無線電頻率區(qū)可出現(xiàn) 松弛極化、偶極子轉(zhuǎn)向極化和空間電荷極化。7、 設(shè)一原子半徑為R的球體，電子繞原子核均勻分布，在外電場E的作用下， 原子產(chǎn)生彈性位移極化，試求其電子位移極化率。 1、受力分析：假設(shè)在外加電場作用下電子云的分布不變，電子云和原子核將受到大小相等、方向相反的電場力的作用，使電子云的原子核之間 產(chǎn)生相對位移.2、依高斯定理，電子云與原子核之間的庫侖引力相當(dāng)于以為中心，為半徑的小球內(nèi)負(fù)電荷與點(diǎn)正電荷之間的引力。當(dāng)電場力與庫侖引力達(dá)到平衡時， 3、依偶極矩的定義為則8、 一平行板真空電容器，極板上的自由電荷面密度

4、為，現(xiàn)充以介電系數(shù)為 的介質(zhì)。若極板上的自由電荷面密度保持不變，則真空時：平行板電容器的 場強(qiáng)，電位移，極化強(qiáng)度；充以介質(zhì)時：平行板電容器場 強(qiáng)，電位移，極化強(qiáng)度，極化電荷所產(chǎn)生 的場強(qiáng)（負(fù)號表示的方向）9、 為何要研究電介質(zhì)中的有效電場？有效電場指的是什么？它是由哪幾部分 組成的？寫出具體的數(shù)學(xué)表達(dá)式。 有效電場是指作用在某一極化粒子上的局部電場。是除了被極化的該點(diǎn)的粒 子之外所有外部自由電荷和極化偶極子在該點(diǎn)所產(chǎn)生的電場。 介電系數(shù)的預(yù)測是電介質(zhì)極化研究的根本目標(biāo)。 由克勞修斯方程，必須首先預(yù)測出有效電場與宏觀外場的關(guān) 系，再進(jìn)一步從微觀結(jié)構(gòu)預(yù)測極化特性（極化率），方可實(shí)現(xiàn)目標(biāo) 洛倫茲有效

5、電場由三部分構(gòu)成： 第一部分：極板自由電荷在中心形成的電場，其值為： 第二部分：球外極化粒子的在中心形成的綜合電場，可歸結(jié)為兩部分構(gòu)成： 一部分是電介質(zhì)表面束縛電荷在中心形成的場強(qiáng)，其值為： 另一部分是球腔表面束縛電荷在中心形成的場強(qiáng)，其值為： 第三部分：球內(nèi)極化粒子在中心形成的綜合場強(qiáng)，當(dāng)介質(zhì)具有中心反演對稱 結(jié)構(gòu)時：10、 氯化鈉型離子晶體在電場作用下將發(fā)生電子、離子位移極化。試解釋溫度 對氯化鈉型離子晶體的介電系數(shù)的影響。 求溫度對介電系數(shù)的影響，可利用， 對溫度求導(dǎo)得出：由上式可知，由于電介質(zhì)的密度減小，使得電子位移極化率及離子位移極化率所貢獻(xiàn)的極化強(qiáng)度都減小，第一項(xiàng)為負(fù)值；但溫度升高

6、又使離子晶體的彈性聯(lián)系減弱，離子位移極化加強(qiáng)，即第二項(xiàng)為正值；然而第二項(xiàng)又與第一項(xiàng)相差不多。所以氯化鈉型離子晶體的介電系數(shù)是隨溫度的上升而增加，只是增加得非常慢。11、 一平行板真空電容器，極板上的電荷面密度?，F(xiàn)充以 的介質(zhì)，若極板上的自由電荷保持不變，計算真空和介質(zhì)中的、 各為多少？束縛電荷產(chǎn)生的場強(qiáng)是多少？ 真空中： 介質(zhì)中： 束縛電荷產(chǎn)生的場強(qiáng)12、 一平行板介質(zhì)電容器，其極間距離，介電系數(shù)，外接（靜伏）恒壓電源。求：電容器的電容量；極板上的自由電荷； 束縛電荷；極化強(qiáng)度；總電矩；真空時的電場及有效電場。（注：靜伏即靜電系單位電勢，1伏特等于靜電系單位電勢）答：電容器的電容量 極板上的自

7、由電荷束縛電荷： 極化強(qiáng)度 總電矩（體積） 真空時的電場 有效電場13、 邊長為、厚度為的方形平板介質(zhì)電容器，其電介質(zhì)的相對介電系 數(shù)為2000，計算相應(yīng)的電容量。若電容器外接電壓，計算： （1）電介質(zhì)中的電場；（2）每個極板上的總電量；（3）儲存在介質(zhì)電容 器中的能量。解：電容器的電容量（1） 電介質(zhì)中的電場（2） 每個極板上的總電量（3） 儲存在介質(zhì)電容器中的能量14、介質(zhì)的德拜方程為，回答下列問題：（1） 給出和的頻率關(guān)系式；（2）做出在一定溫度下的和的頻率關(guān)系曲線，并給出和的極值頻率；（3）做出在一定頻率下和的溫度關(guān)系曲線。（1） （2） 當(dāng)和時，分別有極大和極小值，故和都是的極值頻率

8、。對求導(dǎo)，計算出即為的極值頻率。 的極值頻率為 的極值頻率為(3) 在一定頻率下和的溫度關(guān)系曲線15、依德拜理論，具有單一松弛時間的極性介質(zhì)，在交流電場作用下，求得極化強(qiáng)度：，式中：，、分別為位移極化和轉(zhuǎn)向極化的極化率。試求復(fù)介電系數(shù)的表達(dá)式，等于多少？出現(xiàn)最大值的條件，等多少？并做出的關(guān)系曲線圖。根據(jù)已知條件： 當(dāng)頻率時，16、 某介質(zhì)的，請畫出關(guān)系曲線，標(biāo)出峰值 位置，等于多少？關(guān)系曲線下的面積是多少？ 解： 關(guān)系曲線下的面積 因?yàn)?所以 17、 畫出并分析氣體介質(zhì)的伏-安特性曲線。氣體的J-E曲線如下圖，圖中曲線可分為三個區(qū)域。 區(qū)域I-歐姆電導(dǎo)區(qū)：電場強(qiáng)度很小，電流密度隨電場強(qiáng)度呈正比

9、增加，符合歐 姆定律。 區(qū)域II-飽和電流區(qū)：電流密度保持恒定，與電場強(qiáng)度無關(guān)。 區(qū)域III-電流激增區(qū)：電流密度再度隨電場強(qiáng)度的增加而上升。最后，當(dāng)電場 強(qiáng)度增加到某一臨界值時，電流密度無限增大，氣體喪失絕緣性能 而被擊穿。18、氣體介質(zhì)自持放電的條件是什么？請用文字?jǐn)⑹觥怏w介質(zhì)自持放電的條件是：出去外界電離因素，正離子撞擊陰極時釋放出來的電子恰好代替了外界電離因素作用下由陰極出發(fā)的那一個電子，使放電強(qiáng)度維持不變。19、固體電介質(zhì)中，導(dǎo)電載流子有哪幾種類型？說明其對電導(dǎo)的影響及與溫度的關(guān)系。固體電介質(zhì)的電導(dǎo)按導(dǎo)電載流子的不同類型可以分為兩類：離子電導(dǎo)（本征離子電導(dǎo)、弱聯(lián)系離子電導(dǎo)）和電子電

10、導(dǎo)。在弱電場中主要是離子電導(dǎo)，但是對于某些材料，如鈦酸鋇、鈦酸鈣和鈦酸鍶等鈦酸鹽類，在常溫下除了離子電導(dǎo)以外還會呈現(xiàn)出電子電導(dǎo)的特征。20、固體電介質(zhì)的電導(dǎo)率與溫度的關(guān)系式為，或者。式中：是溫度為0時的電導(dǎo)率，為比例系數(shù)，為激活能量，為玻爾茲曼常數(shù)，為絕對溫度，為電導(dǎo)率的溫度系數(shù)，為攝氏溫度。據(jù)以上關(guān)系式，給出計算導(dǎo)電載流子的激活能的方法，并作出簡圖。答：由關(guān)系式兩邊取對數(shù)有， 電導(dǎo)率，兩邊取對數(shù)有根據(jù)所測得的電阻率和測試溫度，作出和的關(guān)系曲線圖，計算出直線的斜率，即可求出激活能。，因此21、固體電介質(zhì)的熱擊穿的原因是什么？固體電介質(zhì)熱擊穿電壓與哪些因素有關(guān)？關(guān)系如何？如何提高固體電介質(zhì)的熱擊

11、穿電壓？解：固體電介質(zhì)的熱擊穿的原因：電介質(zhì)在電場作用下要產(chǎn)生介質(zhì)損耗，這一部分損耗以熱的形式消耗掉。若這部分熱量全部由電介質(zhì)中散入周圍媒質(zhì)，那么在一定的電場作用下，每一瞬間都保持電介質(zhì)對外界媒質(zhì)的熱平衡。當(dāng)外加電場增加到某一臨界值時，通過電介質(zhì)的電流增加，電介質(zhì)的發(fā)熱量急劇增大。如果發(fā)熱量大于電介質(zhì)向外界散發(fā)出的熱量，則電介質(zhì)的溫度不斷上升，溫度的上升又導(dǎo)致電導(dǎo)率的增加，流經(jīng)電介質(zhì)的電流亦增加，損耗加大，發(fā)熱量更加大于散熱量。如此惡性循環(huán)，直至電介質(zhì)發(fā)生熱破壞，使電介質(zhì)失去其原有的絕緣性能。固體電介質(zhì)熱擊穿電壓與電介質(zhì)的厚度、溫度、頻率有關(guān)。擊穿電壓與電介質(zhì)的厚度的關(guān)系：當(dāng)厚度較小時，隨厚度

12、的增加，擊穿場強(qiáng)迅速降低，當(dāng)厚度較大時，厚度的增加對場強(qiáng)影響不大（擊穿電壓隨厚度的增加而線性地增長）擊穿電壓與溫度的關(guān)系：隨溫度的增長，熱擊穿電壓呈指數(shù)曲線下降（對數(shù)坐標(biāo)圖上線性關(guān)系），與電阻率隨溫度變化的定性關(guān)系一致。擊穿電壓與頻率的關(guān)系：當(dāng)頻率增加，極化損耗增加，熱擊穿電壓降低。提高固體電介質(zhì)的熱擊穿電壓可用以下方法：選取電阻率大的電介質(zhì)；選取介質(zhì)損耗小的電介質(zhì)；選取耐熱和導(dǎo)熱性能優(yōu)良的電介質(zhì)；采取強(qiáng)化散熱措施，如加大電極的散熱面積，涂敷輻射系數(shù)大的顏色等。22、如何用氣體介質(zhì)的碰撞電離理論解釋固體介質(zhì)中的電擊穿？固體介質(zhì)發(fā)生電擊穿的判斷依據(jù)是什么？答：固體電介質(zhì)的電擊穿理論是建立在氣體電介質(zhì)的碰撞電離理論上的。所以， 可以用氣體中發(fā)生電子碰撞游離來推斷固體電介質(zhì)的擊穿場強(qiáng)。固體介質(zhì)發(fā)生電擊穿的判斷依據(jù)是電子從電場獲得的能量速率大于電子與 晶格碰撞消耗的能量速率。23、 何為鐵電晶體的一級相變、二級相變？分別舉例說明居里點(diǎn)和相變點(diǎn)晶格參數(shù)、自發(fā)極化強(qiáng)度、介電系數(shù)隨溫度的變化關(guān)系。解：二級相變：