电学特性-20101206
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电学纲要知识点总结
电学纲要知识点总结电学是电力学科的一个重要分支，它研究电荷和电流的运动规律，以及与电场和磁场的相互作用。
电学的研究内容丰富多样，涉及电磁场理论、电路分析、电力系统等多个领域。
在工程技术和科学研究中，电学理论在各种电子设备和系统的设计、分析和应用中起着不可或缺的作用。
本文将对电学的一些重要知识点进行总结，希望能够帮助读者对电学有一个全面而系统的理解。
一、电学基础知识1. 电荷和电场电学的基础概念包括电荷和电场。
电荷是物质的基本属性，可以分为正电荷和负电荷。
同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。
电场是指物体周围的空间中存在的电力作用力场，其大小和方向由电荷的大小和位置决定。
电场是描述电荷间相互作用的重要工具，在电学研究中有着广泛的应用。
2. 静电场和电场强度静电场是指电荷处于静止状态时的电场。
电场强度是描述电场空间分布情况的物理量，它的大小和方向既受电荷引起的电场影响，也受电场中其他因素的干扰。
电场强度与电场的作用力成正比，是电场的重要特征之一。
3. 电容和电容器电容是指导体或介质对电荷的储存能力，通常用C表示，单位是法拉（F）。
电容器是一种用来储存电荷的设备，主要由两个导体板和介质组成。
电容器可以储存能量，广泛应用于电子电路中。
4. 电压和电势电压是描述电场中不同位置处电势能差异的物理量，通常用V表示，单位是伏特（V）。
电压是电场作用下单位正电荷的电势能。
电势是电场中某一点处单位正电荷的电势能，是电场中的重要物理量。
5. 电流和电路电流是电荷在单位时间内通过导体横截面的数量，通常用I表示，单位是安培（A）。
电路是由电源、导线和负载组成的电子设备，用来实现电能转换和控制。
电流是电路中传输能量的方式，是电学中的一个基本概念。
6. 法拉第和电磁感应法拉第是描述电磁感应现象的物理量，通常用B表示，单位是特斯拉（T）。
电磁感应是指导体中的电流受到外部磁场影响而产生的感应电动势。
法拉第的大小和方向取决于磁场和导体中电流的变化情况，是电学研究中的重要内容之一。
所有电学知识点总结
所有电学知识点总结电学是物理学的一个重要分支，研究电荷的性质、电场、电流、电磁感应和电路等现象和规律。
电学知识在现代社会的各个领域都有着广泛的应用，从家庭用电到工业生产，从通讯设备到航天技术，都离不开电学的理论和实践。
本文将对电学的各个知识点进行总结，包括电荷、电场、电势、电流、电阻、电容、电感、交流电、直流电路等内容。
读者可以通过本文全面了解电学的基本概念和原理，从而更好地理解电学在生活和工作中的应用。
一、电荷1. 电荷的基本性质电荷是物质的一种基本属性，分为正电荷和负电荷。
同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。
电荷的最小单位是电子电荷e，为1.6×10^-19库仑。
电荷守恒定律指出，在任意封闭系统中，电荷的总量保持不变。
2. 电场电荷周围存在电场，电场是某个电荷或一组电荷产生的力场。
电场由电荷产生，并对其它电荷产生力的作用。
电场的强弱用电场强度表示，方向与力作用方向相同。
电场强度E的大小与电荷量q和距离r的平方成反比，即E=kq/r^2，其中k为电场常数。
二、电势1. 电势能电荷在电场中具有电势能。
两个电荷之间的相互作用能够转化为电势能，当电荷沿着电场方向移动时，电势能转化为动能。
电势能与电荷的大小和电场强度有关，通常用U表示。
2. 电势差电场中的两点之间存在电势差，电势差是指单位正电荷在电场中从A点移到B点所具有的电势能的变化量。
通常用ΔV表示，其计算公式为ΔV=Vb-Va。
电势差的方向与电场方向相反。
三、电流1. 电流的概念电荷在导体中运动形成电流，电流是电荷通过单位时间的数量，通常用I表示。
单位为安培（A）。
电流的方向按照正电荷的移动方向确定，通常约定正电流的方向与正电荷的移动方向一致。
2. 电流的大小电流的大小与电荷量和电荷通过导体的时间成正比，即I=Δq/Δt。
其中Δq为电荷量，Δt为时间。
3. 电流密度在导体中，电流通过的面积越大，电流密度越小；电流通过的面积越小，电流密度越大。
09---电学特性
陶瓷的导电可以由电子的移动引起的，也可以是离子的移 动引起的，以及电子空穴移动引起的。 σ＝σe＋σi＋σp 这里，σe电子导电率，σi离子导电率，σp电子空穴导电率。 一般陶瓷的导电主要是通过离子移动而引起的导电，常用 的离子导电数ti来表示离子导电所占的比例
i ti e i p
磁场对电阻的影响模型如下图所示。当加磁场时，随 着磁矩往同一方向排列，ρ mag将逐步减小。
金属导电的温度特性是电阻随着温度的升高而增大。其原因 是自由电子的数目没有明显变化，但是由晶格振动和磁矩的 非平行排列加大，所以对电子的散射提高。然而这种电阻随 温度提高而增大的规律也会有利外。
三、陶瓷的电导特性
电阻和电阻率有区别，电阻是反映导体对 电流阻碍作用的大小．电阻率是反映导体导电 性能的好坏，电阻率是影响电阻的一个因素．
电导率
另外一个反映材料导电特性的量是电导率σ ，它是电阻率 的倒数，既：
1
单位为：S/m (西/米)， 或 (Ω · cm)-1。σ 越大，则材料的导电 特性越好，反之则越差。
d dk 1 在电场的作用下，所有电子的受力为： F m e ( E B ) dt dt c
因为没有磁场，所以
k (t ) k (0) eE /
如果系统的电子分布在k空间是以原点为中心的一个费米球内， 加电场τ 时间后，新球的中心将平移 k eE / ，如图所示。
5
低温和高温时的声子电阻
当T》Θ 时，
当T《Θ 时， ph
ph A' T
5 3
（ ph 4M 2
AT
T>0.5Θ ）
T<0.1Θ ）
5 T T （ 124 AT A' B' ph 6 M
i ti e i p
磁场对电阻的影响模型如下图所示。当加磁场时，随 着磁矩往同一方向排列，ρ mag将逐步减小。
金属导电的温度特性是电阻随着温度的升高而增大。其原因 是自由电子的数目没有明显变化，但是由晶格振动和磁矩的 非平行排列加大，所以对电子的散射提高。然而这种电阻随 温度提高而增大的规律也会有利外。
三、陶瓷的电导特性
电阻和电阻率有区别，电阻是反映导体对 电流阻碍作用的大小．电阻率是反映导体导电 性能的好坏，电阻率是影响电阻的一个因素．
电导率
另外一个反映材料导电特性的量是电导率σ ，它是电阻率 的倒数，既：
1
单位为：S/m (西/米)， 或 (Ω · cm)-1。σ 越大，则材料的导电 特性越好，反之则越差。
d dk 1 在电场的作用下，所有电子的受力为： F m e ( E B ) dt dt c
因为没有磁场，所以
k (t ) k (0) eE /
如果系统的电子分布在k空间是以原点为中心的一个费米球内， 加电场τ 时间后，新球的中心将平移 k eE / ，如图所示。
5
低温和高温时的声子电阻
当T》Θ 时，
当T《Θ 时， ph
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5 3
（ ph 4M 2
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T>0.5Θ ）
T<0.1Θ ）
5 T T （ 124 AT A' B' ph 6 M
第二章 材料的电学性能(二)
接触电位形成的原因之二： 两种金属的自由电子密度不同 电子发生扩散 形成空间电场 扩散和漂移相互竞争 达到平衡状态 形成一定的电位差
金属的接触电位差为这两个原因形成电位差的叠加。
2.11.2 金属-半导体的接触电效应
1. 半导体存在表面势 2. 金属电子的逸出功和半导体存在表面势不同 3.金属-半导体接触。 4.发生扩散 5. 在金属和半导体间形成电位差
第II类超导体 除金属元素钒、锝和铌外，第II类超导体主要包括金属化合物 及其合金。第II类超导体和第I类超导体的区别主要在于： 1)第II类超导体由正常态转变为超导态时有一个中间态（混合 态） 2)第II类超导体的混合态中有磁通线存在，而第I类超导体没有； 3)第II类超导体比第I类超导体有更高的临界磁场。
超导体的完全抗磁性机理：
这是由于外磁场在试样表面感应产生一个感应 电流，此电流由于所经路径电阻为零，故它所产 生的附加磁场总是与外磁场大小相等，方向相反， 因而使超导体内的合成磁场为零。 因此感应电流能将外磁场从超导体内挤出，故 称抗磁感应电流或屏蔽电流。
2.10.3 超导电性的影响因素和基本临界参数
2.9.5 电介质的介电损耗
介质损耗：电介质在外电场作用下，其内部会有发 热现象，表明部分电能已转化为热能耗散掉，这 种介质内的能量损耗。其损耗原因是电导作用和 极化作用引起。
2.10 超导电性
2.10.1 超导电性的发现与进展 什么是超导体？
1. 零电阻 将超导体冷却到某一临界温度 （TC）以下时电阻突然降为零的现 象称为超导体的零电阻现象。不同 超导体的临界温度各不相同。1911 年昂纳斯首先发现，汞在低于临界 温度4.15K时电阻变为零。
2.9 绝缘体的电学性能
2.9.1 电介质的极化
金属的接触电位差为这两个原因形成电位差的叠加。
2.11.2 金属-半导体的接触电效应
1. 半导体存在表面势 2. 金属电子的逸出功和半导体存在表面势不同 3.金属-半导体接触。 4.发生扩散 5. 在金属和半导体间形成电位差
第II类超导体 除金属元素钒、锝和铌外，第II类超导体主要包括金属化合物 及其合金。第II类超导体和第I类超导体的区别主要在于： 1)第II类超导体由正常态转变为超导态时有一个中间态（混合 态） 2)第II类超导体的混合态中有磁通线存在，而第I类超导体没有； 3)第II类超导体比第I类超导体有更高的临界磁场。
超导体的完全抗磁性机理：
这是由于外磁场在试样表面感应产生一个感应 电流，此电流由于所经路径电阻为零，故它所产 生的附加磁场总是与外磁场大小相等，方向相反， 因而使超导体内的合成磁场为零。 因此感应电流能将外磁场从超导体内挤出，故 称抗磁感应电流或屏蔽电流。
2.10.3 超导电性的影响因素和基本临界参数
2.9.5 电介质的介电损耗
介质损耗：电介质在外电场作用下，其内部会有发 热现象，表明部分电能已转化为热能耗散掉，这 种介质内的能量损耗。其损耗原因是电导作用和 极化作用引起。
2.10 超导电性
2.10.1 超导电性的发现与进展 什么是超导体？
1. 零电阻 将超导体冷却到某一临界温度 （TC）以下时电阻突然降为零的现 象称为超导体的零电阻现象。不同 超导体的临界温度各不相同。1911 年昂纳斯首先发现，汞在低于临界 温度4.15K时电阻变为零。
2.9 绝缘体的电学性能
2.9.1 电介质的极化
材料物理性能——电学性能
• 通常选择在施主耗尽即平台温度的范围内工作。
P型半导体 在本征半导体中掺入三价元素杂质（B、Al、Ga、In，形成高浓度空穴。
在常温下价带中的价电子能进入三价元素的空穴，而在价带在产生空穴。 三价元素称为受主杂质（能接受价电子）。 P型半导体（空穴型半导体）中，空穴的浓度大，称为多数载流子，简称
1、工作电流标准化（K到N）
I EN Rb
2、求待测电动势（K到X）
Ex
IR x
EN
RK Rb
3、求待测电阻Rx Rx=R标Ux/U标
特点：消除连线电阻和接触 电阻
电阻分析的应用
• 合金的时效 • 合金的有序－无序转变 • 固溶体的溶解度 • 淬火钢的回火
Al-Cu合金时效步骤： 1、加热到α单相区固溶 2、淬水，得到过饱和α固溶 体
• 金属化合物（如FeAl3,NiAl3）的导电性通常比其 组元的导电性低得多，主要是金属键部分地为共 价键或离子键所代替。
• 电子化合物（如Cu3Zn8）主要是金属键结合，导 电性介于固溶体和金属化合物之间。
• 间隙相(如TiC)具有金属键和的特性，导电性较好。
多相合金的导电性
• 当合金为退火态、无织构，且组成相的电导率相近时（电 导率之比约0.75~1.75），双相合金的导电性符合各项合 金相加规律。
12 V12 (T1 ) V12 (T2 ) V2 (T1,T2 ) V1 (T1,T2 )
热电偶回路的热电势由 温差电位差和接触电位差构成
E
热电偶测温 铂铑－铂，镍铬－镍铝，铜－康铜
12 V12 (600 ) V2 (600,25) V1(600,25)
温度越低，超导体越稳定。
热电性－赛贝克效应
P型半导体 在本征半导体中掺入三价元素杂质（B、Al、Ga、In，形成高浓度空穴。
在常温下价带中的价电子能进入三价元素的空穴，而在价带在产生空穴。 三价元素称为受主杂质（能接受价电子）。 P型半导体（空穴型半导体）中，空穴的浓度大，称为多数载流子，简称
1、工作电流标准化（K到N）
I EN Rb
2、求待测电动势（K到X）
Ex
IR x
EN
RK Rb
3、求待测电阻Rx Rx=R标Ux/U标
特点：消除连线电阻和接触 电阻
电阻分析的应用
• 合金的时效 • 合金的有序－无序转变 • 固溶体的溶解度 • 淬火钢的回火
Al-Cu合金时效步骤： 1、加热到α单相区固溶 2、淬水，得到过饱和α固溶 体
• 金属化合物（如FeAl3,NiAl3）的导电性通常比其 组元的导电性低得多，主要是金属键部分地为共 价键或离子键所代替。
• 电子化合物（如Cu3Zn8）主要是金属键结合，导 电性介于固溶体和金属化合物之间。
• 间隙相(如TiC)具有金属键和的特性，导电性较好。
多相合金的导电性
• 当合金为退火态、无织构，且组成相的电导率相近时（电 导率之比约0.75~1.75），双相合金的导电性符合各项合 金相加规律。
12 V12 (T1 ) V12 (T2 ) V2 (T1,T2 ) V1 (T1,T2 )
热电偶回路的热电势由 温差电位差和接触电位差构成
E
热电偶测温 铂铑－铂，镍铬－镍铝，铜－康铜
12 V12 (600 ) V2 (600,25) V1(600,25)
温度越低，超导体越稳定。
热电性－赛贝克效应
探索电的特性
家用电器
家用电器的种类繁多，如空调、冰箱、洗衣机等
家用电器在日常生活中扮演着重要的角色，为人们提供了便利和舒适
家用电器在使用过程中需要注意安全问题，如防触电、防火等 随着科技的发展，家用电器也在不断更新换代，未来将会有更多的智能家 居产品进入家庭
通讯设备
手机：利用电磁波传递信息，实现语音通话和数据传输等功能。 电视：通过接收和传输电磁波，将图像和声音传递到电视机终端。 互联网：利用光纤等传输介质，实现全球范围内的数据传输和信息共享。 无线通讯设备：如无线路由器、蓝牙耳机等，利用无线电波进行通讯。
医疗设备
诊断设备：如心电图机、超声诊断仪等，用于检测心脏、血管等身体状况。 治疗设备：如电疗仪、射频消融仪等，利用电学原理治疗疾病。 监护设备：如心电监护仪、呼吸机等，监测患者的生理参数，确保患者安全。 康复设备：如电动按摩器、康复训练机等，帮助患者进行康复训练，提高生活质量。
Part Four
电的安全使用
安全用电常识
不接触高于36伏特的低压带电体。 不使用绝缘皮破损的导线。 不在电线上晾晒衣物。 不接触电气设备时，先检查电源是否断开。
触电的预防和急救措施
保持绝缘：使用绝缘材料，避免直 接接触带电体
安装保护装置：使用漏电保护器、 过载保护器等设备
添加标题
添加标题
添加标题
添加标题
保持距离：与带电设备保持安全距 离，避免跨步电压触电
交通工具
电车：利用电能驱动的公共交通工具，具有环保、节能、低噪音等优点。
电动汽车：采用电动机代替传统内燃机，具有节能、环保、高效等优点， 广泛应用于家庭和商业领域。
电动自行车：采用电池驱动的自行车，具有轻便、灵活、节能等优点，是 城市短途出行的理想选择。
Nsiway NNSS44335588 超低EMI、无需滤波器、5W+3W×2的2.1声道 用户手
10.1
TQFN4×4-28 封装尺寸................................................................................................................... 18
10.2
SOP-28 封装尺寸............................................................................................................................ 19
7.3
NS4358 引脚功能描述 ..................................................................................................................... 9
7.4
芯片印章说明 ................................................................................................................................. 10
NS4358
超低EMI、无需滤波器、5W+3W×2的2.1声道+3D环绕立体声数字音频功放
NS4358 用户手册 V1.1
深圳市纳芯威科技有限公司 2011 年 10 月
Nsiway
1
日期
2011-3-11 2011-10-11
NS4358
超低EMI、无需滤波器、5W+3W×2的2.1声道+3D环绕立体声数字音频功放
电学性能课件1
J nqv σ= = = nqµ E E
电导率的一般表达式为
2011-3-22
v µ= E
σ = ∑ σ i = ∑ ni qi µi
材料电学性能 3
导电性能
2、导电机理
1）金属及半导体的导电机理
经典电子理论 在金属晶体中，离子构成晶格点阵，并形成一个均匀的电场， 价电子是完全自由的，弥散分布于整个点阵之中，其运动遵循 经典力学气体分子的运动规律。 无外加电场时，自由电子沿各方向运动的几率相同，不产生电 流；有外加电场时，自由电子沿电场方向作宏观定向移动，形 成电流。 电阻来源于自由电子与晶格点阵的碰撞。
2011-3-22
材料电学性能
2
导电性能
1、基本概念
迁移数（输运数）：载流子对材料导电贡献的比例。离子迁移数ti > 0.99的导体称为离子导体， ti < 0.99的称为混合导体。
σx tx = σT
迁移率和电导率的一般表达式 导电的微观本质是载流子在电场作用下的定向迁移。
J = nqv
迁移率为载流子在单位电场中的迁移速度
1 • X La2O3 BaTiO3 → 2 LaBa + O2 + 2e'+2OO 2
2011-3-22 材料电学性能
Si（掺杂As）载流子体 积密度与温度的关系
10
导电性能
2、导电机理
1）金属及半导体的导电机理
电子电导率的影响因素 杂质及缺陷的影响 组分缺陷：非化学计量比的化合物中， 由于化学成分的偏离，形成离子空位或 间隙离子等晶格缺陷。 阳离子空位 (M1-xO)：FeO, CoO, NiO等 在氧化气氛下，由于氧过剩而形成。
ε
冷加工变形铁的电阻 在退火时的变化
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题目
• 设计一个利用电学特性检测农产品‘品质’或 ‘水分’的装置
有图说明 组成与原理 对象 检测方法 10页以上 列出参考文献 下周上课前发给我 : jwang@ 二同学间不得：抄袭
一、基本概念
农业物料的电学特性--基本概念
农业物料的电学特性可分为二类: 一类是在物料内部存在某种能量而产生电位，
例如生物物料中的生物电位差； 另一类是指影响物料所在空间的电磁场及电流
分布的一些特性，例如电阻、电导、介电特性 等。
1 电阻和电导
电学特性-- 概念 --电阻和电导
电阻和电导
电阻和电阻率的定义
电阻R是导体内两端的电位差与电流强度之比。 电阻率ρ是用来比较各种物质相对的电阻大小
的量，又称比电阻。
体(电介质)。 电介质其分子中的电子受到很大束缚力，致
使电子不能自由移动，故电介质在一般情况 下是不导电的。
电学特性--概念--介电特性
如果将电介质置于外加电场中，则电介质将 被极化。
这时有极分子由杂乱的排列变为定向排列， 形成定向极化，在电介质表面上出现正、负 电荷。
极化会生相反电场，并使充满电介质的电容 器极板间的电位差减小，电容量增大。
其单位为S／m。
电学特性-- 概念 --电阻和电导
电阻率及电导率在确定农业物料及食品的含水 率和其它物理化学特性方面有着广泛的应用。
生物物料电阻率很低，电阻率及电导率大部分 局限于含水率测定上。
举例－－豆浆的电导率
通电加热是利用物料的电导特性，当在物料的 两端施加交变电压时，物料中有电流通过，自 身产生热量。
豆渣悬浮液的通电加热速率(a)及温度θ与电导率的关系(b)
在豆浆中加入电导率很小的颗粒物质(豆渣)，使豆 浆的加热速率和电导率都略有降低，含渣量越多， 其加热速率和电导率下降越明显。
豆渣的加入阻碍了豆浆中导电颗粒和离子的运动， 运动阻力增大，导电性能下降，电导率降低。
加渣对豆浆加热速率（a)和电导率γ(b)的影响
电学特性--概念--介电特性
相对介质损耗因数反映电 介质在交流电场中可能损 耗的能量。
其值愈大表明物料在微波 处理时加热愈快。
电学特性--概念--介电特性
介电特性主要有三项，即相对介电常数，相对
介质损耗因数和介质损耗角正切tg 。它们之
间关系可用下式表示
r r jr r e j
温度升高引起电子间频繁的碰撞，导致碰撞时 间缩短，从而使电阻率增大。
电阻率与物料内的自由电子数成反比。
电学特性-- 概念 --电阻和电导
电导和电导率 物体的电导是指该物体所通过电流与该物体
所加电压的比值。 对直流电路而言，就是电阻的倒数，其单位
为S。 电导率是电阻率的倒数，记为
σ＝1/ρ= L /R A，
• 豆浆固形物质量分数增大，导电成分成比例增加，豆浆的 电导率随固形物的增加成线性增加。
温度θ(a)和固形物质量分数w(b)对豆浆电导率γ的影响
加热速率
加热速率及电导率在60℃左右发生突变。 在60℃以下，加热速率和电导率较小；在60℃以
上，加热速率和电导率快速增加。 含渣量越多，加热速率和电导率也越高。
增大电场强度，豆浆的电导率 并没有发生变化。 主要原因是电压增大，加速了豆浆中离子和导电颗
粒的运动，通过物料的 电流也成比例增加，但电流 与电压的比值并没有增大，所以电导率基本不变。
电场强度E对豆浆电导率γ的影响
2 介电特性
电学特性--概念--介电特性
电介质的极化和介电常数 按导电性质的不同，物体可分为导体和非导
电学特性-- 概念 --电阻和电导
可用下式加以定义：
ρ=RA/L L——导体长度 A——导体横截面积 电阻R是与导体尺寸有关的量，而电阻率ρ
是与导体尺寸无关的量。因此，电阻率是表 征导体性质的一个物理量。
电学特性 -- 概念 --电阻和电导
生物物料的电阻率不仅与物料性质有关，而且 还与含水率和温度有关。
举例
水果的电学特性及与品质的相关性 农作物生长过程的电学特性
电学特性对农作物生长的影响 是否可以利用电学特性对畜产品品质进行评价 谷物（如稻谷、小麦等）存在哪些电学特性 电学特性在农产品分级加工中的应用
一、基本概念 二、物料电特性测量方法 三、电学特性与技术在农业中应用
作业
要求
• 通过查阅资料，完成一个PPT
介质损耗 将平板电容器两极扳间充以电介质，在高频电场作
• 升温速率快，加热均匀； • 无传热面，也就没有传热面的污染问题； • 热效率高(90%以上)； • 易于实现连续操作； • 适合较高浓度的液体和固液混和物的加热。
豆浆通电加热速率的大小主要决定于豆浆的电 导率。
豆浆的电导率与温度成直线关系.
• 主要是蛋白质胶体颗粒和无机盐离子，随温度的升高，导 电颗粒和离子的运动增大，电导率增大；
tg r / r
式中 r r ——复数相对介电常数
r ——相对介电常数 tg ——相对介质损耗因数
——介质损耗角
电学特性--概念--介电特性
电介质的相对介电常数可定义为
r
C C0
式中 C——以材料为介质时的电容器的电容 C。——以真空为介质时的电容器的电容
相对介电常数是物料实际介电常数和真空介 电常数的比值，是一个无量纲的量，可写成
农业物料的电学特性
如何利用电学特性评价农产品品质。 如何利用电学特性进行植物生长信息和生理
信息的检测。 电强与植物生长作、动物生长间的关系如何。 除课堂内容外，你能否设计一种电学特性方
面的装置，并在日常生活中有所应用。
生物电学特性及生物系统工程中的应用 如何利用电学特性评价农产品品质。 设计一个电学特性评价农产品品质的测试装置。 举例电学特性生物信息获取中的利用。
r 0
电学特性--概念--介电特性
介质损耗角的正切也是反映能 量的损耗。
介质损耗角是交流电的总电流I 与电容器中的电容电流之间的 夹角。
充满理想电介质的电容器无能 量损耗，电流超前电压90°。
由于有了损耗，使相位角减小， 损耗角增加。
损耗角和相位角的关系如下
=90°-
电学特性--概念--介电特性
• 设计一个利用电学特性检测农产品‘品质’或 ‘水分’的装置
有图说明 组成与原理 对象 检测方法 10页以上 列出参考文献 下周上课前发给我 : jwang@ 二同学间不得：抄袭
一、基本概念
农业物料的电学特性--基本概念
农业物料的电学特性可分为二类: 一类是在物料内部存在某种能量而产生电位，
例如生物物料中的生物电位差； 另一类是指影响物料所在空间的电磁场及电流
分布的一些特性，例如电阻、电导、介电特性 等。
1 电阻和电导
电学特性-- 概念 --电阻和电导
电阻和电导
电阻和电阻率的定义
电阻R是导体内两端的电位差与电流强度之比。 电阻率ρ是用来比较各种物质相对的电阻大小
的量，又称比电阻。
体(电介质)。 电介质其分子中的电子受到很大束缚力，致
使电子不能自由移动，故电介质在一般情况 下是不导电的。
电学特性--概念--介电特性
如果将电介质置于外加电场中，则电介质将 被极化。
这时有极分子由杂乱的排列变为定向排列， 形成定向极化，在电介质表面上出现正、负 电荷。
极化会生相反电场，并使充满电介质的电容 器极板间的电位差减小，电容量增大。
其单位为S／m。
电学特性-- 概念 --电阻和电导
电阻率及电导率在确定农业物料及食品的含水 率和其它物理化学特性方面有着广泛的应用。
生物物料电阻率很低，电阻率及电导率大部分 局限于含水率测定上。
举例－－豆浆的电导率
通电加热是利用物料的电导特性，当在物料的 两端施加交变电压时，物料中有电流通过，自 身产生热量。
豆渣悬浮液的通电加热速率(a)及温度θ与电导率的关系(b)
在豆浆中加入电导率很小的颗粒物质(豆渣)，使豆 浆的加热速率和电导率都略有降低，含渣量越多， 其加热速率和电导率下降越明显。
豆渣的加入阻碍了豆浆中导电颗粒和离子的运动， 运动阻力增大，导电性能下降，电导率降低。
加渣对豆浆加热速率（a)和电导率γ(b)的影响
电学特性--概念--介电特性
相对介质损耗因数反映电 介质在交流电场中可能损 耗的能量。
其值愈大表明物料在微波 处理时加热愈快。
电学特性--概念--介电特性
介电特性主要有三项，即相对介电常数，相对
介质损耗因数和介质损耗角正切tg 。它们之
间关系可用下式表示
r r jr r e j
温度升高引起电子间频繁的碰撞，导致碰撞时 间缩短，从而使电阻率增大。
电阻率与物料内的自由电子数成反比。
电学特性-- 概念 --电阻和电导
电导和电导率 物体的电导是指该物体所通过电流与该物体
所加电压的比值。 对直流电路而言，就是电阻的倒数，其单位
为S。 电导率是电阻率的倒数，记为
σ＝1/ρ= L /R A，
• 豆浆固形物质量分数增大，导电成分成比例增加，豆浆的 电导率随固形物的增加成线性增加。
温度θ(a)和固形物质量分数w(b)对豆浆电导率γ的影响
加热速率
加热速率及电导率在60℃左右发生突变。 在60℃以下，加热速率和电导率较小；在60℃以
上，加热速率和电导率快速增加。 含渣量越多，加热速率和电导率也越高。
增大电场强度，豆浆的电导率 并没有发生变化。 主要原因是电压增大，加速了豆浆中离子和导电颗
粒的运动，通过物料的 电流也成比例增加，但电流 与电压的比值并没有增大，所以电导率基本不变。
电场强度E对豆浆电导率γ的影响
2 介电特性
电学特性--概念--介电特性
电介质的极化和介电常数 按导电性质的不同，物体可分为导体和非导
电学特性-- 概念 --电阻和电导
可用下式加以定义：
ρ=RA/L L——导体长度 A——导体横截面积 电阻R是与导体尺寸有关的量，而电阻率ρ
是与导体尺寸无关的量。因此，电阻率是表 征导体性质的一个物理量。
电学特性 -- 概念 --电阻和电导
生物物料的电阻率不仅与物料性质有关，而且 还与含水率和温度有关。
举例
水果的电学特性及与品质的相关性 农作物生长过程的电学特性
电学特性对农作物生长的影响 是否可以利用电学特性对畜产品品质进行评价 谷物（如稻谷、小麦等）存在哪些电学特性 电学特性在农产品分级加工中的应用
一、基本概念 二、物料电特性测量方法 三、电学特性与技术在农业中应用
作业
要求
• 通过查阅资料，完成一个PPT
介质损耗 将平板电容器两极扳间充以电介质，在高频电场作
• 升温速率快，加热均匀； • 无传热面，也就没有传热面的污染问题； • 热效率高(90%以上)； • 易于实现连续操作； • 适合较高浓度的液体和固液混和物的加热。
豆浆通电加热速率的大小主要决定于豆浆的电 导率。
豆浆的电导率与温度成直线关系.
• 主要是蛋白质胶体颗粒和无机盐离子，随温度的升高，导 电颗粒和离子的运动增大，电导率增大；
tg r / r
式中 r r ——复数相对介电常数
r ——相对介电常数 tg ——相对介质损耗因数
——介质损耗角
电学特性--概念--介电特性
电介质的相对介电常数可定义为
r
C C0
式中 C——以材料为介质时的电容器的电容 C。——以真空为介质时的电容器的电容
相对介电常数是物料实际介电常数和真空介 电常数的比值，是一个无量纲的量，可写成
农业物料的电学特性
如何利用电学特性评价农产品品质。 如何利用电学特性进行植物生长信息和生理
信息的检测。 电强与植物生长作、动物生长间的关系如何。 除课堂内容外，你能否设计一种电学特性方
面的装置，并在日常生活中有所应用。
生物电学特性及生物系统工程中的应用 如何利用电学特性评价农产品品质。 设计一个电学特性评价农产品品质的测试装置。 举例电学特性生物信息获取中的利用。
r 0
电学特性--概念--介电特性
介质损耗角的正切也是反映能 量的损耗。
介质损耗角是交流电的总电流I 与电容器中的电容电流之间的 夹角。
充满理想电介质的电容器无能 量损耗，电流超前电压90°。
由于有了损耗，使相位角减小， 损耗角增加。
损耗角和相位角的关系如下
=90°-
电学特性--概念--介电特性