华测仪器推出电介质充放电测试系统

什么是电介质充放电？

“电介质充放电”指的是**电介质材料在施加或移除外部电场时，其内部束缚电荷的位移和重新排列过程**。它描述的是电介质材料本身的极化响应，而不是像导体那样的自由电荷流动。

什么是电介质？

1.电介质是绝缘材料（如空气、陶瓷、塑料、玻璃、云母、油等），其内部几乎没有可以自由移动的电荷（自由电子或离子）。电荷被束缚在原子、分子或晶格结构中。
2. 束缚电荷：构成电介质的原子/分子内部存在正电荷（原子核）和负电荷（电子云）。在正常情况下，这些电荷的重合，对外不显电性。
3. 极化： 当把电介质放入外部电场（E）中时，电场力会作用于这些束缚电荷：
取向极化（极性分子）：对于本身具有固有电偶极矩的分子（如水分子），电场力会使这些原本无序排列的偶极子趋向于沿电场方向排列。
位移极化（非极性分子/原子）：对于原本没有固有偶极矩的分子或原子，电场力会使原子核（正电荷）和电子云（负电荷）发生微小的相对位移，从而诱导出电偶极矩。
无论哪种机制，结果都是电介质内部沿电场方向产生了宏观的净电偶极矩。在电介质的两个相对的表面上，会分别出现不能自由移动的束缚电荷（正束缚电荷和负束缚电荷）。

充电过程：

1. 施加电场：当外部电场（E）开始施加到电介质上（例如，将一块电介质放入平行板电容器的两极板之间，并给电容器施加电压）。
2. 电荷位移/转向：束缚电荷（电子、原子核、极性分子）在电场力的作用下开始发生位移（电子云相对于原子核偏移）或转向（极性分子沿电场排列）。
3. 极化建立：随着束缚电荷的位移或转向，电介质内部的电偶极矩逐渐建立并增强，其表面逐渐积累起束缚电荷。
4.达到稳态：当束缚电荷产生的内部电场与外部施加的电场达到平衡时，极化过程完成，束缚电荷量达到稳定值。此时电介质处于充满极化的状态。

放电过程：

1. 移除电场：当外部施加的电场（E）被移除（例如，将平行板电容器短路或断开电源）。
2. 恢复力作用：维持极化的电场力消失。原子/分子内部的恢复力（如原子核与电子云之间的库仑引力、分子热运动的随机化作用）开始。
3. 电荷复位/随机化：被位移的电子云回到原子核附近，被转向的极性分子重新变得无序。
4. 极化消失：电介质内部的宏观电偶极矩逐渐减弱至消失，表面上的束缚电荷也随之消失。电介质恢复到原始的中性状态。
电介质充放电描述的是一种特殊的能量储存和释放机制，发生在绝缘材料内部，通过材料中束缚电荷在电场作用下的微观位移和复位来实现。它是理解电容器工作原理、绝缘材料性能（特别是介电常数和介电损耗）以及许多电子器件行为的基础物理过程。