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淺談介質的電擊穿和熱擊穿
閱讀：4264發布時間：2022-4-13
介質的介電特性，如絕緣、介電能力，都是指在一定的電場強度范圍內的材料的絕緣特性，介質只能在一定的電場強度以內保持這些性質。當電場強度超過某一臨界值時，介質由介電狀態變為導電狀態。這種現象稱介電強度的破壞，或叫介質的擊穿，與此相對應的“臨界電場強度"稱為介電強度，或稱為擊穿電場強度。
但嚴格地劃分擊穿類型是很困難的，但為了便于敘述和理解，通常將擊穿類型分為三種：熱擊穿、電擊穿、局部放電擊穿。而電擊穿和局部放電擊穿又統屬于電擊穿，所以我們常說介質擊穿有兩大類，一是熱擊穿，二是電擊穿。
以上三種類型各有以下的特征：
1.熱擊穿：熱擊穿的本質是處于電場中的介質，由于其中的介質損耗而產生熱量，就是電勢能轉換為熱量，當外加電壓足夠高時，就可能從散熱與發熱的熱平衡狀態轉入不平衡狀態，若發出的熱量比散去的多，介質溫度將愈來愈高，直至出現損壞，這就是熱擊穿。
2.電擊穿：固體介質電擊穿理論是在氣體放電的碰撞電離理論基礎上建立的。大約在本世紀30年代，以A.Von Hippel和Frohlich為代表，在固體物理基礎上，以量子力學為工具，逐步建立了固體介質電擊穿的碰撞理論，這一理論可簡述如下：
在強電場下，固體介質中可能因冷發射或熱發射存在一些原始自由電子。這些電子一方面在外電場作用下被加速，獲得動能；另一方面與晶格振動相互作用，把電場能量傳遞給晶格。當這兩個過程在一定溫度和場強下平衡時，固體介質有穩定的電導；當電子從電場中得到的能量大于傳遞給晶格振動的能量時，電子的動能就越來越大，至電子能量大到一定值時，電子與晶格振動相互作用導致電離產生新電子，使自由電子數迅速增加，電導進入不穩定階段，擊穿發生。
3.此外還有化學擊穿：電介質中強電場產生的電流在例如高溫等某些條件下可以引起電化學反應。例如離子導電的固體電介質中出現的電解、還原等。結果電介質結構發生了變化，或者是分離出來的物質在兩電極間構成導電的通路。或者是介質表面和內部的氣泡中放電形成有害物質如臭氧、一氧化碳等，使氣泡壁腐蝕造成局部電導增加而出現局部擊穿，并逐漸擴展成*擊穿。溫度越高，電壓作用時間越長，化學形成的擊穿也越容易發生。
但不管怎樣，我認為所有的介質擊穿均是因極化效應引起的。
凡在外電場作用下產生宏觀上不等于零的電偶極矩，因而形成宏觀束縛電荷的現象稱為電極化，能產生電極化現象的物質統稱為電介質。電介質的電阻率一般都很高，被稱為絕緣體。有些電介質的電阻率并不很高，不能稱為絕緣體，但由于能發生極化過程，也歸入電介質。通常情形下電介質中的正、負電荷互相抵消，宏觀上不表現出電性，但在外電場作用下可產生如下3種類型的變化 ：1 原子核外的電子云分布 產生畸變，從而產生不等于零的電偶極矩，稱為畸變極化 ；2原來正、負電中心重合的分子，在外電場作用下正、負電中心彼此分離，稱為位移極化；3具有固有電偶極矩的分子原來的取向是混亂的，宏觀上電偶極矩總和等于零，在外電場作用下，各個電偶極子趨向于一致的排列，從而宏觀電偶極矩不等于零，稱為轉向極化。
研究電介質宏觀介電性質及其微觀機制以及電介質的各種特殊效應的物理學分支學科。基本內容包括極化機構、標志介電性質的電容率與介質的微觀結構以及與溫度和外場頻率間的關系、電介質的導熱性和導電性、介質損耗、介質擊穿機制等。此外，還有許多電介質具有的各種特殊效應。
普遍規律：介質的擊穿總是從電氣性能最薄弱的缺陷處發展起來的，這里的缺陷可指電場的集中，也可指介質的不均勻性。
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