1、第1章 電介質(zhì)的極化1. 什么是電介質(zhì)的極化？表征介質(zhì)極化的宏觀參數(shù)是什么？若兩平行板之間充滿均勻的電介質(zhì)，在外電場(chǎng)作用下，電介質(zhì)的內(nèi)部將感應(yīng)出偶極矩，在與外電場(chǎng)垂直的電介質(zhì)表面上出現(xiàn)與極板上電荷反號(hào)的極化電荷，即束縛電荷。這種在外電場(chǎng)作用下，電介質(zhì)內(nèi)部沿電場(chǎng)方向產(chǎn)生感應(yīng)偶極矩，在電介質(zhì)表面出現(xiàn)極化電荷的現(xiàn)象稱為電介質(zhì)極化。為了計(jì)及電介質(zhì)極化對(duì)電容器容量變化的影響，我們定義電容器充以電介質(zhì)時(shí)的電容量C與真空時(shí)的電容量C0的比值為該電介質(zhì)的介電系數(shù)，即，它是一個(gè)大于1、無量綱的常數(shù)，是綜合反映電介質(zhì)極化行為的宏觀物理量。2. 什么叫退極化電場(chǎng)？如何用一個(gè)極化強(qiáng)度P表示一個(gè)相對(duì)介電常數(shù)為的平行板介

2、質(zhì)電容器的退極化電場(chǎng)、平均宏觀電場(chǎng)、電容器極板上充電電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)。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(chǎng)，所以，由極化電荷產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)被稱為退極化電場(chǎng)。退極化電場(chǎng)： 平行宏觀電場(chǎng)：充電電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)：3. 氧離子的半徑為，計(jì)算氧原子的電子位移極化率按式代入相應(yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。4. 在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，氖的電子位移極化率為。試求出氖的相對(duì)介電常數(shù)。單位體積粒子數(shù) 5. 試寫出洛倫茲有效電場(chǎng)的表達(dá)式。適合洛倫茲有效電場(chǎng)時(shí)，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(chǎng)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

3、關(guān)系式：6. 若表示球內(nèi)極化粒子在球心所形成的電場(chǎng)，試表示洛倫茲有效電場(chǎng)中時(shí)的情況時(shí)，洛倫茲有效電場(chǎng)可表示為：7. 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(duì)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)。8. 有一介電系數(shù)的球狀介質(zhì)，放在均勻電場(chǎng)E中。假設(shè)介質(zhì)的引入不改變外電場(chǎng)的分布，試證按洛倫茲有效電場(chǎng)計(jì)算模型可得：時(shí)，因此9. 如何定義介電系數(shù)的溫度系數(shù)？寫出介電系數(shù)的溫度系數(shù)、電容量溫度系數(shù)的數(shù)學(xué)表達(dá)式。溫度變化1度時(shí)，介電系數(shù)的相對(duì)變化率為介電系數(shù)的溫度系數(shù)。介電系數(shù)的溫度系數(shù)的數(shù)學(xué)表達(dá)式：電容量溫度系數(shù)的數(shù)學(xué)表

4、達(dá)式：10. 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, 還存在電子和離子的松弛極化。極性介質(zhì)在光頻區(qū)將會(huì)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。11. 什么是瞬間極化、緩慢式極化？它們所對(duì)應(yīng)的微觀機(jī)制各代表什么？極化完成的時(shí)間在光頻范圍內(nèi)的電子、離子位移極化都稱為瞬間極化。而在無線電頻率范圍內(nèi)的松弛極化、自發(fā)式極化都稱為緩慢式極化。電子、離子的位移極化的極化完成的時(shí)間非常短，在秒的范圍內(nèi)，當(dāng)外電場(chǎng)的頻率在光頻范

5、圍內(nèi)時(shí)，極化能跟得上外電場(chǎng)交變頻率的變化，不會(huì)產(chǎn)生極化損耗；而松弛極化的完成所需時(shí)間比較長(zhǎng)，當(dāng)外電場(chǎng)的頻率比較高時(shí)，極化將跟不上交變電場(chǎng)的頻率變化，產(chǎn)生極化滯后的現(xiàn)象，出現(xiàn)松弛極化損耗。12. 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(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)力的作用，使電子云的原子核之間產(chǎn)生相對(duì)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(chǎng)力與庫侖引力達(dá)到平衡時(shí)，（3） 依偶極矩

6、的定義為則13. 一平行板真空電容器，極板上的自由電荷面密度為，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(shí)：平行板電容器的場(chǎng)強(qiáng)，電位移，極化強(qiáng)度；充以介質(zhì)時(shí)：平行板電容器場(chǎng)強(qiáng)，電位移，極化強(qiáng)度，極化電荷所產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)（負(fù)號(hào)表示的方向）14. 為何要研究電介質(zhì)中的有效電場(chǎng)？有效電場(chǎng)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(chǎng)是指作用在某一極化粒子上的局部電場(chǎng)。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(chǎng)。介電系數(shù)的預(yù)測(cè)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(cè)出有效電場(chǎng)與宏觀外場(chǎng)的關(guān)系，再進(jìn)一步從微觀結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)極

7、化特性（極化率），方可實(shí)現(xiàn)目標(biāo)洛倫茲有效電場(chǎng)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(chǎng)，其值為：第二部分：球外極化粒子的在中心形成的綜合電場(chǎng)，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(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)強(qiáng)，當(dāng)介質(zhì)具有中心反演對(duì)稱結(jié)構(gòu)時(shí)：15. 氯化鈉型離子晶體在電場(chǎng)作用下將發(fā)生電子、離子位移極化。試解釋溫度對(duì)氯化鈉型離子晶體的介電系數(shù)的影響。求溫度對(duì)介電系數(shù)的影響，可利用，對(duì)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

8、一項(xiàng)為負(fù)值；但溫度升高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。16. 試用平板介質(zhì)電容器的模型（串、并聯(lián)形式），計(jì)算復(fù)合介質(zhì)的介電系數(shù)（包括雙組份、多組分）串聯(lián)時(shí)： 可得并聯(lián)時(shí)： 可得17. 雙層介質(zhì)在直流電場(chǎng)作用下，其每一層中的電場(chǎng)在電壓接通的瞬間、穩(wěn)態(tài)、電壓斷開的情況下是如何分布的？作圖表示（注意、的大小；電場(chǎng)的方向）介面上積聚電荷的正、負(fù)取決于、的大小，如果積聚正電荷如果積聚負(fù)電荷如果不積聚電荷注：如何分析應(yīng)用圖形描述雙層電介質(zhì)的極化過程及其規(guī)律？（1）電勢(shì)隨時(shí)間和x

9、坐標(biāo)分布示意圖（2）電場(chǎng)強(qiáng)度隨時(shí)間分布示意圖（3）界面電荷隨時(shí)間分布示意圖（4）極板電荷隨時(shí)間分布示意圖（5）各種電流隨時(shí)間的分布示意圖18.一平行板真空電容器，極板上的電荷面密度。現(xiàn)充以的介質(zhì)，若極板上的自由電荷保持不變，計(jì)算真空和介質(zhì)中的、各為多少？束縛電荷產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)是多少？真空中： 介質(zhì)中： 束縛電荷產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)19. 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(shí)的電場(chǎng)及有效電場(chǎng)。（注：靜伏即靜電系單位電勢(shì)，1伏特等于靜電系單位電勢(shì)）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（體積）真空

10、時(shí)的電場(chǎng)有效電場(chǎng)20. 邊長(zhǎng)為、厚度為的方形平板介質(zhì)電容器，其電介質(zhì)的相對(duì)介電系數(shù)為2000，計(jì)算相應(yīng)的電容量。若電容器外接電壓，計(jì)算：（1） 電介質(zhì)中的電場(chǎng)；（2）每個(gè)極板上的總電量；（3）儲(chǔ)存在介質(zhì)電容器中的能量。電容器的電容量（1） 電介質(zhì)中的電場(chǎng)（2） 每個(gè)極板上的總電量（3） 儲(chǔ)存在介質(zhì)電容器中的能量21. 通?？梢越o介質(zhì)施加的最大電場(chǎng)（不發(fā)生擊穿）為左右，試分析在此情況下，室溫時(shí)可否使用郎日凡函數(shù)的近似式。給介質(zhì)施加的最大電場(chǎng)（不發(fā)生擊穿）為左右，即，室溫時(shí),偶極子固有偶極矩，玻爾茲曼常數(shù)計(jì)算得遠(yuǎn)小于1當(dāng)遠(yuǎn)小于1時(shí)，可以寫成22. 求出雙層介質(zhì)中不發(fā)生空間電荷極化的條件。雙層電介質(zhì)

11、界面積聚的電荷密度為把上式分子、分母同時(shí)乘以，得當(dāng)時(shí)，界面不積聚電荷，不發(fā)生空間電荷極化23. 下面給出極性液體介質(zhì)的翁沙格有效電場(chǎng)表示式如下：試證明：上式已包括了非極性液體介質(zhì)的洛倫茲有效電場(chǎng)的形式。對(duì)于非極性液體電介質(zhì)，其，此時(shí)分子的總電矩則由于因此此時(shí)的翁沙格有效電場(chǎng)就等于洛倫茲有效電場(chǎng)了。第2章 電介質(zhì)的損耗1. 具有松弛極化電介質(zhì)，加上電場(chǎng)以后，松弛極化強(qiáng)度與時(shí)間的關(guān)系式如何描述？宏觀上表征出來的是一個(gè)什么電流？加上電場(chǎng)以后，松弛極化強(qiáng)度與時(shí)間的關(guān)系式宏觀上表征出來的是極化電流，只是在加上電壓時(shí)才存在的，并且是時(shí)間的函數(shù)，隨時(shí)間的增加逐漸衰減最后降低至零。2. 在交變電場(chǎng)作用下，實(shí)際

12、電介質(zhì)的介電系數(shù)為什么要用復(fù)介電系數(shù)來描述？在交變電場(chǎng)的作用下，由于電場(chǎng)的頻率不同，戒指的種類、所處的溫度不同，介質(zhì)在電場(chǎng)作用下介電行為也不同。當(dāng)介質(zhì)中存在弛豫極化時(shí)，介質(zhì)的電感應(yīng)強(qiáng)度與電場(chǎng)強(qiáng)度在時(shí)間上有一個(gè)顯著的相位差，將滯后于。的簡(jiǎn)單表達(dá)式不再適用了。并且電容器兩個(gè)極板的電位于真實(shí)電荷之間產(chǎn)生相位差，對(duì)正弦交變電場(chǎng)來說，電容器的充電電流超前電壓的相角小于電容器的計(jì)算不能用的簡(jiǎn)單公式了。在和之間存在相位差時(shí)，將滯后于，存在一相角，就用復(fù)數(shù)來描述和的關(guān)系：3. 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

13、在一定頻率下和的溫度關(guān)系曲線（1） （2） P131圖2-16 的極值頻率為 的極值頻率為4. 依德拜理論，具有單一松弛時(shí)間的極性介質(zhì)，在交流電場(chǎng)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(shí)，5. 如何判斷電介質(zhì)是具有松弛極化的介質(zhì)？由于極化滯后于電場(chǎng)的變化引起的、隨迅速變化以及最大值的出現(xiàn)，是具有松弛極化的電介質(zhì)的明顯特征，它可以作為極性電介質(zhì)的判斷依據(jù)。6.由單一松弛時(shí)間的德拜關(guān)系式，可推導(dǎo)出以做縱坐標(biāo)，做橫坐標(biāo)，圓心為，半徑為，作圖。試求：圖中圓周最高點(diǎn)和原點(diǎn)對(duì)圓

14、做切線的切點(diǎn)；滿足、兩點(diǎn)的、的關(guān)系式。圓中圓周最高點(diǎn)A為，原點(diǎn)對(duì)圓做切線的切點(diǎn)為，7. 某介質(zhì)的，請(qǐng)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？ 關(guān)系曲線下的面積因?yàn)樗?8. 根據(jù)德拜理論，請(qǐng)用圖描述在不同的溫度下，、與頻率相關(guān)性P134的圖2-189. 根據(jù)德拜理論，在溫度為已知函數(shù)情況下，、與頻率的關(guān)系如何？且作圖。P131的圖2-1610. 什么是德拜函數(shù)，做出德拜函數(shù)圖。德拜函數(shù)為、函數(shù)圖參照P129的圖2-1511. 在單的情況下，某一介質(zhì)的。請(qǐng)寫出其的關(guān)系式，畫出圖。 圖參照P132的圖2-1712. 分析實(shí)際電介質(zhì)中的損耗角正切之間的關(guān)系？（1） 低溫區(qū)，正比

15、于等效電導(dǎo)率隨溫度指數(shù)式地上升 （2） 反常分散區(qū)，溫度繼續(xù)升高，下降到， 令，得到，出現(xiàn)一最大值， 令，則時(shí)，出現(xiàn)峰值 隨溫度升高，損耗角正切逐漸下降至最小值（3） 高溫區(qū)，溫度繼續(xù)升高，使，隨溫度的升高呈指數(shù)規(guī)律上升 13. 為什么在工程技術(shù)中表征電介質(zhì)的介質(zhì)損耗時(shí)不用損耗功率，而用損耗正切角？為何實(shí)際測(cè)量中得到的關(guān)系曲線中往往沒有峰值出現(xiàn)？且作圖表示。損耗功率，而用損耗正切角相比，可以直接用儀表測(cè)量。如果介質(zhì)中電導(dǎo)損耗比較大，松弛極化損耗相對(duì)來說比較小，以致松弛極化的特征可能被電導(dǎo)損耗的特性所掩蓋。隨著電導(dǎo)損耗的增加，的頻率、溫度特性曲線中的峰值將變得平緩，甚至看不到峰值的出現(xiàn)。圖p12

16、2的圖2-12（a）14. 用什么方法可以確定極性介質(zhì)的松弛時(shí)間是分布函數(shù)？測(cè)量介質(zhì)在整個(gè)頻段（從低頻到高頻）的介電系數(shù)及損耗，作出與的關(guān)系曲線圖。根據(jù)其圖的圖型與標(biāo)準(zhǔn)的圖相比較，即可判斷。15. 為何在電子元器件的檢測(cè)時(shí)，要規(guī)定檢測(cè)的條件？因?yàn)殡娮釉骷膮?shù)，如、等都與外場(chǎng)頻率、環(huán)境溫度條件有關(guān)。所以在檢測(cè)時(shí)要說明一定的檢測(cè)條件。第3章 電介質(zhì)的電導(dǎo)和擊穿1. 畫出并分析氣體介質(zhì)的伏-安特性曲線。P147的圖3-2曲線分為三部分第部分：當(dāng)電場(chǎng)很弱時(shí)，電流密度隨電場(chǎng)強(qiáng)度的增加正比例地上升第部分：電流密度不再因電場(chǎng)強(qiáng)度的增加而改變，達(dá)到飽和第部分：電流密度再次因電場(chǎng)強(qiáng)度的增加而上升，最后當(dāng)電場(chǎng)

17、強(qiáng)度達(dá)到某一臨界值，電流密度無限地增大，氣體的絕緣性能喪失，介質(zhì)被擊穿。2. 根據(jù)電流倍增效應(yīng)計(jì)算模型作圖，推導(dǎo)在外界電離因素作用下，氣體介質(zhì)產(chǎn)生碰撞電離，到達(dá)陽極時(shí)的電流密度是多少？P152的圖3-4 設(shè)由于外界電離因素的作用，陰極每秒鐘面積上產(chǎn)生個(gè)電子。在電場(chǎng)作用下，這些電子向陽極運(yùn)動(dòng)。若這些電子運(yùn)動(dòng)時(shí)兩次碰撞之間積累的能量大于氣體分子的電離能，則將發(fā)生碰撞電離，使電子總數(shù)增加。假設(shè)每秒鐘穿過距陰極處的平面，面積上的電子數(shù)為，并設(shè)每個(gè)電子走過距離后，發(fā)生次電離，為電離系數(shù)。那么當(dāng)電子繼續(xù)走過行程后，每個(gè)電子經(jīng)過碰撞電離，便要產(chǎn)生個(gè)電子。因此個(gè)電子在行程上碰撞電離產(chǎn)生的增加電子數(shù)為，將上式積

18、分得：，式中為積分常數(shù)。應(yīng)用邊界條件，當(dāng)時(shí)，因此，則到達(dá)陽極的電子數(shù)，式中為電極間距離。每秒鐘穿過面積的電子數(shù)與電子所帶電荷的乘積，即是電流密度：3. 什么是電暈放電、刷形放電、飛??？在均勻電場(chǎng)和不均勻電場(chǎng)中這幾種放電現(xiàn)象有何不同？在不均勻電場(chǎng)中（實(shí)際上器件中電場(chǎng)分布大都是這種情況），當(dāng)器件中某一區(qū)域的電壓達(dá)到起始游離電壓值時(shí)，首先在這一區(qū)域出現(xiàn)淡紫色的輝光電暈，形成一穩(wěn)定的區(qū)域放電；電壓進(jìn)一步提高，電暈變成刷形放電，形成幾道明亮的光束，呈現(xiàn)出來的是樹枝狀的火花放電，但這時(shí)放電還未達(dá)到對(duì)面電極，只是光束的位置不斷地改變；電壓再升高，樹枝狀的火花閃電般地到達(dá)對(duì)面電極，形成貫穿電極間的飛弧，這樣就

19、導(dǎo)致了氣體電介質(zhì)最后被擊穿。在均勻電場(chǎng)中，電暈、刷形放電、飛弧幾乎同時(shí)發(fā)生，所以一出現(xiàn)電暈，氣體電介質(zhì)很快就被擊穿了。在不均勻電場(chǎng)中，當(dāng)極間距離很小時(shí)，放電的最后兩個(gè)階段也分辨不出來，只是在大距離的情況下能分別開來。4. 在針尖對(duì)平板的不均勻電場(chǎng)中，氣體介質(zhì)擊穿時(shí)，為什么負(fù)針極比正針極的擊穿電壓高？當(dāng)針尖為正時(shí)，正的空間電荷削弱了針尖附近的電場(chǎng)，加強(qiáng)了正空間電荷到極板之間的弱電場(chǎng)。這種情況相當(dāng)于高電場(chǎng)區(qū)從針尖移向板極，像是正電極向負(fù)電極延伸了一段距離，因此擊穿電壓比針尖為負(fù)時(shí)低。當(dāng)針尖為負(fù)時(shí)，正空間電荷包圍了針電極，加強(qiáng)了針尖附近的電場(chǎng)，而削弱了正空間電荷到極板之間的電場(chǎng)，使極板附近原來就比較

20、弱的電場(chǎng)更加減弱了，像是增加了針尖的曲率半徑，電極板間的距離雖然縮短了一些，但電場(chǎng)卻均勻了，因此負(fù)針-板電極的擊穿電壓高于正針-板的擊穿電壓。5. 詳細(xì)分析氣體介質(zhì)的碰撞電離理論（湯遜理論）。如何理解氣體介質(zhì)發(fā)生自持放電的條件？設(shè)任意時(shí)刻從陰極單位面積單位時(shí)間發(fā)射的電子數(shù)：陰極出發(fā)的個(gè)電子，到達(dá)陽極時(shí)將成為個(gè)電子：而電極間因碰撞電離產(chǎn)生的正離子數(shù)，將比到達(dá)陽極的電子數(shù)少個(gè)，所以到達(dá)陰極的正離子數(shù)為。每個(gè)正離子撞擊陰極表面產(chǎn)生個(gè)電子，因此將上式代入式得，再將上式代入式得，所以電流密度為當(dāng)電場(chǎng)還不是很強(qiáng)時(shí)，由一個(gè)電子碰撞電離所產(chǎn)生的正離子，撞擊陰極表面時(shí)，還不足以釋放出一個(gè)電子，。由于計(jì)及了正離子

21、的影響，電流密度依式所得的指比式所得的大，但氣體電介質(zhì)并沒有擊穿。這是去掉外界電離因素，氣體中的放電也就停止了。電場(chǎng)增強(qiáng)了以后，將使得也就是。這時(shí)，即使除去外界電離因素，由于還存在著正離子撞擊陰極時(shí)釋放出來的電子，這電子恰好代替了在外界電離因素作用下由陰極出發(fā)的那一個(gè)電子。因此，即使取消了外界電離因素的作用，而放電強(qiáng)度依然維持不變，這就形成了氣體電介質(zhì)的自持放電。即氣體電介質(zhì)自持放電的條件。但是，實(shí)際上外界電離因素總是存在的，因而由外界電離因素和正離子撞擊陰極表面共同作用產(chǎn)生的放電電流將不斷地增加，直至氣體電介質(zhì)完全擊穿。6. 氣體介質(zhì)的碰撞電離系數(shù)、表面電離系數(shù)的物理意義是什么？碰撞電離系數(shù)

22、：每個(gè)正離子運(yùn)動(dòng)單位長(zhǎng)度與氣體質(zhì)點(diǎn)碰撞所產(chǎn)生的電子數(shù)（課本里的）表面電離系數(shù)：每個(gè)正離子碰撞陰極表面時(shí)從陰極溢出的電子數(shù)（課本里的）7. 氣體介質(zhì)自持放電的條件是什么？請(qǐng)用文字?jǐn)⑹?。氣體介質(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(shí)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(gè)電子，使放電強(qiáng)度維持不變。8. 依氣體介質(zhì)的碰撞電離理論，要使氣體分子電離必須滿足什么條件？當(dāng)荷電量為e的電子在電場(chǎng)的作用下移動(dòng)距離而未與分子碰撞時(shí)，電子積累的能量為。要使電子分離，必須使。式中，為氣體分子的電離電位；為氣體分子的電離能。當(dāng)，氣體分子才能電離。9. 推導(dǎo)巴申定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式，并敘述

23、巴申定律的應(yīng)用。由氣體分子動(dòng)理論得知，平均自由行程是連續(xù)兩次碰撞之后所經(jīng)過的距離，則表示電子行程時(shí)所發(fā)生的碰撞次數(shù)。而電子的行程大于和等于的幾率，根據(jù)玻爾茲曼的統(tǒng)計(jì)分布為。所以在行程的次碰撞中，能產(chǎn)生碰撞電離的次數(shù)為，也就是當(dāng)溫度一定時(shí)，平均自由行程與大氣壓力成反比：，式中，為比例系數(shù)。為此，若令，也是系數(shù)。于是上式寫成根據(jù)并取對(duì)數(shù)，可得將式代入式，且注意到，則，通過對(duì)上式取對(duì)數(shù)、運(yùn)算，可得氣體電介質(zhì)的擊穿電壓為簡(jiǎn)記為巴申定律可用于定量計(jì)算擊穿電壓10. 固體電介質(zhì)中，導(dǎo)電載流子有哪幾種類型？說明其對(duì)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

24、子電導(dǎo)、弱聯(lián)系離子電導(dǎo)）和電子電導(dǎo)。在弱電場(chǎng)中主要是離子電導(dǎo)，但是對(duì)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(huì)呈現(xiàn)出電子電導(dǎo)的特征。11. 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(shí)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(duì)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(jì)算導(dǎo)電載流子的激活能的方法，并作出簡(jiǎn)圖。由關(guān)系式兩邊取對(duì)數(shù)有，電導(dǎo)率，兩邊取對(duì)數(shù)有根據(jù)所測(cè)得的電阻率和測(cè)試溫度，作出和的關(guān)系曲線圖，計(jì)算出直線的斜率，即可求出激活能。，因此12. 離子位移極化、熱離子松弛極化、離子電導(dǎo)的區(qū)別在哪幾方面？熱離子松弛極化與

25、離子電導(dǎo)的區(qū)別：a)遷移距離：離子電導(dǎo)是離子作遠(yuǎn)程遷移，而離子松弛極化質(zhì)點(diǎn)僅作有限距離的遷移，它只能在結(jié)構(gòu)松散區(qū)或缺陷區(qū)附近移動(dòng)；b)勢(shì)壘高度：離子松弛極化所需克服的勢(shì)壘低于離子電導(dǎo)勢(shì)壘，離子參加極化的幾率遠(yuǎn)大于參加電導(dǎo)的幾率。離子位移極化與熱離子松弛極化的區(qū)別：位移極化：彈性的、瞬時(shí)完成的極化，不消耗能量；松弛極化：完成極化需要一定的時(shí)間，是非彈性的，消耗一定的能量，與熱運(yùn)動(dòng)有關(guān)。13.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)的熱擊穿電壓？固體電介質(zhì)的熱擊穿的原因：電介質(zhì)在電場(chǎng)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

26、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(chǎng)作用下，每一瞬間都保持電介質(zhì)對(duì)外界媒質(zhì)的熱平衡。當(dāng)外加電場(chǎng)增加到某一臨界值時(shí)，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(shí)，隨厚度的增加，擊穿場(chǎng)強(qiáng)迅速降低，當(dāng)厚度較大時(shí)，厚度的增加對(duì)場(chǎng)強(qiáng)影響不大（擊穿電壓隨厚度的增加而線性地增長(zhǎng)）擊穿電壓與

27、溫度的關(guān)系：隨溫度的增長(zhǎng)，熱擊穿電壓呈指數(shù)曲線下降（對(duì)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。14. 根據(jù)瓦格納的熱擊穿電壓的計(jì)算公式，解釋能否利用增加介質(zhì)的厚度來提高固體電介質(zhì)的熱擊穿電壓，為什么？15. 簡(jiǎn)要敘述瓦格納的熱擊穿理論；瓦格納的熱擊穿理論的實(shí)用性如何？假設(shè)固體介質(zhì)置于兩個(gè)平板電極之間，該介質(zhì)有一處或幾處的電阻比其周圍小得

28、多，構(gòu)成電介質(zhì)中的低阻導(dǎo)電通道，當(dāng)在平板電極間加上一電壓后，則電流主要集中在這導(dǎo)電通道內(nèi)，則此導(dǎo)電通道由于電流通過二產(chǎn)生大量的熱量，如果發(fā)熱量大于散熱量，導(dǎo)電通道的溫度降不斷上升，導(dǎo)致熱擊穿，稱為瓦格納熱擊穿理論。瓦格納熱擊穿理論的最大不足在于：其假設(shè)的通道的電導(dǎo)率要比周圍的電介質(zhì)的電導(dǎo)率大得多才能成立，然而，對(duì)于均勻的電介質(zhì)來說，理論的假設(shè)不夠充分；有關(guān)通道的本質(zhì)、大小、電導(dǎo)率和散熱系數(shù)的熱量關(guān)系，用實(shí)驗(yàn)的方法難以獲得。因此，瓦格納熱擊穿理論只能定性地給熱擊穿一個(gè)概念。16. 固體介質(zhì)的擊穿有哪幾種類型？與氣體介質(zhì)相比有何不同？固體介質(zhì)的擊穿有三類：熱擊穿電擊穿電化學(xué)擊穿與氣體介質(zhì)相比：固體

29、介質(zhì)的擊穿場(chǎng)強(qiáng)較高，但固體介質(zhì)擊穿后在材料中留下不能恢復(fù)的痕跡，如燒焦或溶化的通道、裂縫等，即使去掉外加電壓，也不像氣體一樣能自行恢復(fù)。組成固體的原子(包括離子成分子)不像在氣體中那樣作任意的布朗運(yùn)動(dòng)。而只能在自己的平衡位置(晶格節(jié)點(diǎn))附近作微小的熱振動(dòng)。固體中相鄰粒子間的熱振動(dòng)總互相關(guān)聯(lián)的，形成具有系列頻率的晶格波。固體原子的彼此接近改變了單個(gè)原子的核外電子分布，單個(gè)原于中的分立電子能級(jí)變成能帶，處在滿帶的電子相當(dāng)于束縛電子，處于導(dǎo)帶中的電子則可以看成是具有有效質(zhì)量為m*的自由電子，當(dāng)滿帶電子得到足夠的能量而越過禁帶時(shí)，就分發(fā)生電離離，因此禁帶能量就相當(dāng)于電子的電離能。與氣體小電子和分子等的

30、碰撞相類似的過程是固體中電子與晶格波的相互作用，在這種相互作用，可以是電子失去能量而被制動(dòng)，也可以是電子從晶格波得到能量而進(jìn)一加速，但在低場(chǎng)強(qiáng)度時(shí)，平均作用是電子的制動(dòng)，只有外電場(chǎng)很強(qiáng)時(shí)，電子才可以獲得引起碰撞電離的能量。17. 什么是固體介質(zhì)在空氣中的沿面放電？沿面放電有何特點(diǎn)和危害？如何防止高壓、大功率的電子陶瓷器件在空氣中的沿面放電？固體電介質(zhì)表面電場(chǎng)不均勻（由于表面不均勻）導(dǎo)致局部表面空氣被擊穿，稱為沿面放電。沿面放電的特點(diǎn)：沿面放電電壓低于氣體的放電電壓。沿面放電電壓與固體電介質(zhì)的表面狀態(tài)有關(guān)，如吸潮、污染等。交流電壓下的沿面放電電壓比直流下的低。沿面放電電壓與電極的布置、形狀有關(guān)。

31、沿面放電的危害：導(dǎo)致器件表面產(chǎn)生火花，之后不能正常使用為了防止器件沿面放電，固體電介質(zhì)表面的清潔、干燥十分重要，對(duì)特殊結(jié)構(gòu)的器件，有采用灌封以保證電極清潔不吸潮的方法。為了提高器件的沿面放電電壓，還必須改變電極形狀，使它圓滑，消除電場(chǎng)的集中，如用半球圓槽圍邊、加厚電介質(zhì)的邊沿、延長(zhǎng)放電距離等，這一類方法在電子陶瓷高壓器件中得到了廣泛應(yīng)用。18. 固體電介質(zhì)的體積電導(dǎo)和表面電導(dǎo)有和區(qū)別？體積電導(dǎo)率和表面電導(dǎo)率用數(shù)學(xué)式如何描述？電介質(zhì)的體積電導(dǎo)是電介質(zhì)的一個(gè)物理特性參數(shù)，主要取決于電介質(zhì)本身的組成、結(jié)構(gòu)、雜質(zhì)含量及電介質(zhì)所處的工作條件（如溫度、氣壓、輻射等）。這種體積電導(dǎo)電流流經(jīng)整個(gè)電介質(zhì)。電介質(zhì)

32、的表面電導(dǎo)不僅與電介質(zhì)本身的性質(zhì)有關(guān)，而且還與周圍的環(huán)境溫度、濕度、表面結(jié)構(gòu)以及形狀、表面沾污等情況密切相關(guān)。體積電導(dǎo)率和表面電導(dǎo)率用數(shù)學(xué)式可描述為19. 固體電介質(zhì)的電導(dǎo)主要有哪幾種類型。其電導(dǎo)率與溫度關(guān)系如何？固體電介質(zhì)的電導(dǎo)按導(dǎo)電載流子種類可以分為離子電導(dǎo)和電子電導(dǎo)兩種。在弱電場(chǎng)下，主要是離子電導(dǎo)。根據(jù)離子來源有：本征離子和弱束縛離子。電導(dǎo)率與溫度的關(guān)系可表示為：第一項(xiàng)表示本征離子電導(dǎo)，第二項(xiàng)表示弱系離子電導(dǎo)。由于弱系離子濃度比本征離子濃度小得多，一般低溫時(shí)以弱系離子電導(dǎo)為主高溫時(shí)以本征離子電導(dǎo)為主強(qiáng)電場(chǎng)中主要是電子電導(dǎo)，也有本征載流子和非本征載流子之分，主要是本征載流子，電子電導(dǎo)率與溫

33、度的關(guān)系可表達(dá)成：20. 試用能帶理論解釋金屬、半導(dǎo)體、絕緣體的導(dǎo)電性質(zhì)。固體電介質(zhì)中產(chǎn)生導(dǎo)電電子的機(jī)構(gòu)有哪些？上圖a表示電子全部充滿到某個(gè)能帶，而其上面的能帶則完全空著，沒有電子。填滿電子的能帶稱為滿帶，完全沒有電子的能帶稱為空帶，具有這種能帶結(jié)構(gòu)的固體通常稱為絕緣體。上圖b表示滿帶上面的能帶不是全部空著而是有一部分能級(jí)被電子填充，這樣的固體稱為導(dǎo)體。圖c所示的能帶結(jié)構(gòu)的固體也稱為導(dǎo)體，因?yàn)檫@時(shí)能帶結(jié)構(gòu)中最上面的能帶和其上面的空帶部分重疊，沒有禁帶，當(dāng)加上電場(chǎng)時(shí)，滿帶上部的電子便可向重疊的空帶移動(dòng)從而產(chǎn)生電流。有些固體在純凈的狀態(tài)下是半導(dǎo)體，它們能帶結(jié)構(gòu)與絕緣體相同，不過禁帶的寬度較窄，如圖

34、d所示，因而在滿帶中的部分電子，在某一溫度下，受熱運(yùn)動(dòng)的影響，能夠被激發(fā)而越過禁帶，進(jìn)入到上面的空帶中去而成為自由電子，產(chǎn)生導(dǎo)電性。固體電介質(zhì)中產(chǎn)生電子電導(dǎo)的三種機(jī)構(gòu)：（1）本征激發(fā)：從價(jià)帶躍遷到導(dǎo)帶，隨溫度呈指數(shù)增長(zhǎng)關(guān)系，一般電介質(zhì)在常溫下其電導(dǎo)率可忽略（2）隧道效應(yīng)：當(dāng)電場(chǎng)較強(qiáng)時(shí)，電子則可能通過隧道效應(yīng)穿過勢(shì)壘后到達(dá)導(dǎo)帶或陽極而形成電子電導(dǎo)。包括的隧道效應(yīng)有：陰極導(dǎo)帶，電介質(zhì)價(jià)帶陽極，電介質(zhì)價(jià)帶導(dǎo)帶，雜質(zhì)能級(jí)導(dǎo)帶。強(qiáng)電場(chǎng)作用下比較明顯。（3）雜質(zhì)電離：實(shí)際電子電導(dǎo)的主流21. 直徑為、厚度為的介質(zhì)電容器，其電容為，損耗角正切為。計(jì)算：電介質(zhì)的相對(duì)介電系數(shù)；損耗因子；在交變電壓的頻率為、時(shí)的

35、交流電導(dǎo)；外加、正弦電壓時(shí)的泄漏電流。電介質(zhì)的相對(duì)介電系數(shù)：損耗因子時(shí)，交流電導(dǎo)時(shí)，交流電導(dǎo)外加、正弦電壓時(shí)的泄漏電流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？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(chǎng)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(chǎng)獲得的能量速率大于電子與晶格碰撞消耗的能量速率。23. 純晶體電擊穿和含雜晶體電擊穿有何不同？擊穿電壓與溫度關(guān)系如何？當(dāng)含有微量雜質(zhì)時(shí)，低溫區(qū)的擊穿場(chǎng)強(qiáng)提高；雜質(zhì)含量比增加時(shí)，臨界溫度將降低。24. 流經(jīng)介質(zhì)電容器的電流是由哪幾部分組成的？第4章 鐵電晶體1. 鐵電晶體是指哪一類型的晶體？電疇的概念是什么？晶體在沒有外加電場(chǎng)作用下，正負(fù)電荷重心不重合而呈現(xiàn)電偶極矩的現(xiàn)象稱為晶體電介質(zhì)自發(fā)極化，凡呈現(xiàn)自發(fā)極化，且自發(fā)極化方向能夠因外施電場(chǎng)方向而改變的晶體，稱為鐵電晶體。晶體內(nèi)部在退極化電場(chǎng)的作用下，就會(huì)分裂出一系列自發(fā)極化方向不同的小區(qū)域，使其各自