未必孤独网 > 绝缘体是不是只是让电荷移动速度变慢,传输过程中的电流就很小,相当于绝缘了?

绝缘体是不是只是让电荷移动速度变慢,传输过程中的电流就很小,相当于绝缘了?

【morerxylang的回答(4票)】:

看完同意数最多的回答,本答主的想法是:what's the 。。。

题主是高中的学生,问题属于由静电学引申出的为什么绝缘体能绝缘的问题

而上面的答主理解为:

我们发现,题主的意思是:当电量流入绝缘体后,因为电流被平分了,所以电流速度极大地降低,因此绝缘体具有绝缘性。

题主提的是两个金属球电荷的平分,而不是电量进入绝缘体,也不是电流被分了

电流速度是什么鬼

答主通篇也没有解释为什么绝缘体能绝缘,而是一些电介质属性,电气绝缘理论

你要秀知识也找到相关一点的题目好吗。

我总结了下上面答主的回答格式,供大家参考:

1.首先,题主的问题有意思

2. 理论很复杂,我们来浏览一下吧:

3。。。。。。。(一堆不相关的知识,丰富的图片)

4.回头看题主的问题,显然,这个想法是不对的

5.提两个问题kao大家吧

6.。。。

---------------------------

电子的运动速度有一个很大的范围。

电荷在导体中的定向运动速度很慢。

我们知道电流是电子定向运动的度量,即单位时间内有多少电荷穿过了给定面积的导体。

1A的电流相当于每秒有1库的电量穿过给定面积。

一个电子的电量为 1.6e-19C

需要6.3e18个电子才能达到1C

在铜线中的电子密度大约为 8.45e22 electrons/cm^3

假设电线的直径为1cm^2

那定向移动速度(drafting velocity)为0.000075 cm/s

是不是非常小

好了,现在回到题主关于无限大金属球的问题。我们现在假设就是一个金属球,金属球里有大量的自由电子,想象成一个电子的海洋,但他有电中性,因为正负电荷一样多。

现在给这个球体在同一位置射入2个电子,这两个电子怎么分布呢,应该在这个球的两极,一边一个。但这两个分布在两极的电子是我们射入的电子吗,不是的,而是原本在两极附近的电子在由于射入电子导致的电场下重新分配的结果。所以是电场导致了电荷的重新分布,电荷本身的移动速度很小。如果在一个一光年直径的球旁边突然多了一个带电小球,那电荷的重新分布需要一年的时间,因为电场按光速传播。这在现实生活中是不可能发生的,你不能突然就产生电荷,小球在移动到大球附近时电场已经在传播,大球中的电子已经在重新分布。

在绝缘体中自由电子很少,电流当然就很少,这就是为什么它能绝缘。拿空气举例,空气中的电子很少,所以正常情况下他是绝缘体,当空气击穿时,空气被电离出大量自由电子,变成导体,这就是题主说的世界上没有绝对的绝缘体,只有不努力的电压。

所以绝缘体能绝缘是因为其没有自由电子,而不是它对电子的运动的阻碍作用更大。

【陈广骏的回答(64票)】:

题主的想法很有意思,实际情况还真有点类似。

题主的这个问题,牵涉到许多高深的理论。我们走马观花地浏览一下吧。

我们都知道原子是由原子核和电子构成的,并且电子在核外按层分布。显然,原子的质量越大,对外层电子的控制能力越弱;原子的外层电子越少,丢弃电子的倾向也越强。因此,从元素周期表来看,单质元素的电负性从左往右越来越强,从下往上也越来越强。

绝缘材料与元素的电负性有一定的关系。绝缘材料与元素的电负性有一定的关系。

气体的绝缘特性牵涉到气体击穿特性、流注理论、气体击穿电压理论等等。由于气体的绝缘特性与题主的主题关系太远,故略去。

一.液体和固体绝缘材料的绝缘特性

当作为绝缘材料的电介质承受的电场强度超过一定极限值时,便会部分或全部损坏,导致其绝缘性能部分或全部丧失,从而导致绝缘间隙的击穿。

液体和固体绝缘材料中有两种电流:泄露电流和介质电流。

泄露是由绝缘介质内部及表面的带电粒子(正常情况下通常是以离子为主)的移动而形成的。

泄露电流有两种。一种是绝缘介质内部的泄漏电流,一种是介质表面的泄漏电流。绝缘介质内部的泄漏电流对应绝缘介质的体电阻,而表面泄漏电流反映了绝缘介质表面电阻的大小。

绝缘电阻具有负的温度系数。温度越高,形成泄漏电流的带电粒子就越多,其绝缘电阻就越低。

绝缘介质的极化

二.绝缘介质的极化和介质损耗

绝缘介质可分为极性绝缘介质(如环氧树脂、酚醛树脂塑料、有机玻璃等),非极性绝缘介质如聚四氟乙烯、氮气等和弱极性绝缘介质如聚苯乙烯等。

当绝缘介质受到电场作用时,绝缘介质中的带电物质会产生应变,在绝缘介质的端面上产生与电极极性相反的电荷,这种现象被称为绝缘介质的极化。

最基本的极化形式包括电子式极化、离子式极化和偶极子极化。

1.电子式极化

当构成绝缘介质的原子中的电子轨道受到外电场的作用时,它将相对原子核产生位移,由此而形成极化被称为电子式极化,如上图。电子式极化存在于一切气体、液体和固体介质中,其特点:当构成绝缘介质的原子中的电子轨道受到外电场的作用时,它将相对原子核产生位移,由此而形成极化被称为电子式极化,如上图。电子式极化存在于一切气体、液体和固体介质中,其特点:

1)电子的质量极小,形成极化所需的时间极短,约10-15s。

2)当外电场去掉后,依靠原子内部正、负电荷间的吸引力,其作用中心又会马上重合而呈现非极性特征。

(2)离子式极化

固体无机化合物多属离子式结构。当无外电场的作用时,大量离子对的偶极矩相互抵消,故平均偶极矩为零,见下图的图A。当介质置于电场中时,正、负离子将发生偏移,其平均偶极矩不再为零,介质便呈现极性,见下图的图B。

(3)偶极子极化

对极性介质而言,单个分子内部正、负电荷的作用中心不重合,从而形成一个永久性偶极矩。无外电场作用时,热运动使得偶极子的极性相互抵消,介质对外并不呈现极性,见下图图A。在外电场的作用下,原来杂乱无章分布的极性分子将顺电场而定向排列,结果对外呈现极性,见下图图B。

发现没有?这两张图和题主的图特别象!当然,概念完全不一样了。发现没有?这两张图和题主的图特别象!当然,概念完全不一样了。

绝缘介质的介质损耗

在实际应用中,绝缘介质为非理想绝缘体,在电场的作用下会产生泄漏电流,由此便产生了能量损耗。

我们来看下图:

我们看到图1的电极间有绝缘体。我们看到图1的电极间有绝缘体。

根据前面的描述,如果电极间介质为理想绝缘介质,则在电极施加交流电压U时,回路中的电流事实上是电容电流。

当电极间为非理想绝缘介质时,由于介质损耗的存在,回路中电流I既包含无功分量(电容电流)Ic,也包含有功分量(泄漏电流)Ir,即:

相量图见图2。

电源所提供的视在功率:

由此可求得介质损耗功率:

式中,C为绝缘结构等效电容;ω为电源角频率;δ为介质损耗角;tanδ为介质损耗因数。

介质损耗因数

反映了绝缘介质能量损耗的大小。

值得注意的是:介质损耗因数仅与绝缘材料的特性有关,与材料尺寸无关。因此在实用中,把介质损耗因数用来衡量绝缘材料的品质。

绝缘材料的介质损耗因数越大,则绝缘体发热越严重,其老化也越快,并且容易出现绝缘材料的热击穿。

注意哦,如果绝缘材料用于直流,则绝缘材料不存在Ic电流,只有Ir。

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现在回头来看看题主的解答。

我们发现,题主的意思是:当电量流入绝缘体后,因为电流被平分了,所以电流速度极大地降低,因此绝缘体具有绝缘性。

显然,这个观点是不正确的。

最后,给大家提两个问题:

问题1)在控制柜内安装了许多开关电器,当然也有导电排和各种绝缘材料。试问:该控制柜长期运行后,它与环境温度的温度差也即温升与何种因素有关?为什么?

问题2)固体绝缘材料被击穿,当电压撤离后,该固体绝缘材料的绝缘特性能恢复吗?为什么?

评论区只有两条答复。我来做解答:

问题1的答案:

开关柜内安装了许多部件和元件,其中既有导体也有绝缘体。导体和绝缘体都对发热做了贡献。

导体材料的发热有几个途径:

第一是电流在导体电阻上的发热效应.。

因为:

可见发热与导体材料的电阻率

成正比,与柜内温度

几乎也成正比,与导体材料所流过的电流I的平方成正比,还与导体的长度L成正比,与导体截面S成反比。

导体的发热还有邻近效应和集肤效应。

再来就是绝缘体的发热。绝缘体的发热依据以上解释我们已经知道是泄漏电阻的原因。

此外还有涡流发热。

有发热当然有散热,而散热是受到开关柜的防护等级IPXX、环境的湿度、温度和海拔高度决定的。

问题2的答案:

固体绝缘材料一旦被击穿,就永久损坏了,必须更换。

固体绝缘材料的击穿机理有3个理论,分别是:电击穿理论、热击穿理论和电化学击穿理论。

1)电击穿理论

由于固体介质中存在少量处于导带能量状态的电子(传导电子),当绝缘介质置于电场中时,这些电子会被加速并与固体介质晶格节点上的原子相碰撞。如果外施电压足够高,将会使得晶格原子电离,进而生成电子崩。当电子崩发展到足够强时,便会引起固体介质的击穿。

固体绝缘介质电击穿的特点是:击穿过程较短,击穿电压高,电场的均匀程度将直接影响击穿场强的高低,而且击穿时介质温度不高,击穿过程几乎与介质周围环境温度无关。

2)热击穿理论

在交变电压的作用下,固体绝缘介质都具有一定的介质损耗,这种能量损耗大多被转变为介质温度的升高。如果介质中的发热量大于同一时刻介质所散发出的热量,则介质温度会不断上升,其结果将引起介质的分解、碳化等现象的发生,最终导致介质的击穿。

3)电化学击穿理论

固体绝缘介质中不可避免地存在气隙或气泡等。由于气体的击穿场强远低于固体介质的击穿场强,所以当电场强度足够高时,会首先在这些气隙或气泡中产生局部放电,从而导致绝缘介质的劣化和损伤。虽然这种局部放电并不立即形成击穿通道,但是,如果局部放电长期存在,则绝缘(特别是有机绝缘介质)的劣化及损伤会不断扩大,甚至会导致整个绝缘的击穿或产生沿面闪络。

固体绝缘材料三种击穿理论中第一条到第三条为高、低压开关柜中绝缘材料所共有,但第三条严重影响到高压开关柜内绝缘材料的稳定性和可靠性。因此,高压开关柜内所使用的绝缘材料,特别是注塑的绝缘件,必须严格地检查它内部是否存在制造气泡。

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