电介质材料和绝缘.ppt
7.4 频率依赖：介电常数与介电损耗,介电驰豫：电介质的极化是一个弛豫过程，从施加电场到达极化平衡需要一定的时间，这个滞后的时间用弛豫时间 描述。电子极化和离子极化的时间非常短，而固有电矩的取向极化与热平衡性质有关，界面极化与电荷的堆积过程有关，它们则有较长的弛豫时间。极化弛豫现象造成电介质内部电位移D 和场强E具有一定的位相差，是引起电介质损耗的一个原因，研究极化弛豫可获得关于物质结构的知识。,Fig 7.12,From Principles of Electronic Materials and Devices,Third Edition,S.O.Kasap(McGraw-Hill,2005),在交变电场的作用下,在上图的电场作用下,Fig 7.13,From Principles of Electronic Materials and Devices,Third Edition,S.O.Kasap(McGraw-Hill,2005),相对介电常数：又称电容率或相对电容率,表征电介质或绝缘材料电性能的一个重要数据,常用r表示。它是指在同一电容器中用同一物质为电介质和真空时的电容的比值,表示电介质在电场中贮存静电能的相对能力。表征介质在外电场作用下极化程度的物理量叫介电常数。（在交变电场作用下，介质的介电常数是复数，虚数部分反映了介质的损耗）。实际上，介电常数并不是一个不变的数，在不同的条件下，其介电常数也不相同。,实部代表相对介电常数，虚部代表电介质中偶极子在电场作用下克服随机碰撞的干扰，沿着不同方向来回取向时发生的能量消耗。解释为什么取负号。教材497页关于图7.13的解释。,Fig 7.13,From Principles of Electronic Materials and Devices,Third Edition,S.O.Kasap(McGraw-Hill,2005),Fig 7.14,From Principles of Electronic Materials and Devices,Third Edition,S.O.Kasap(McGraw-Hill,2005),The dielectric medium behaves like an ideal(lossless)capacitor of capacitance C which is in parallel with a conductance Gp.,如图（a）所示，在真空电容器 二端加上交流电压 产生的电流为，其相位图见（b）。若在电容器中充以电介质（图（c）。可作起等效电路（图（d），其中 为纯电容，为等效电导，相位图见（e）。这时总电流为：,滞后 一个角度：,2、在交变电场中的电介质,根据式,可得：,其中 定义为复数相对介电常数，简称复介电常数：,称为介质损耗角。一般的电工介质材料 约为，用于光纤通信等的石英光纤玻璃，可小至。,的实部 即为静电场下介质的相对介电常数，它反映介质的储存电荷的能力；的虚部 表示电介质电导引起的电场能量的损耗，它的物理意义是单位体积介质中当单位场强变化一周时所消耗的能量，这些能量通常转化成热能而耗散掉。,把 随外电场频率 变化的过程称为介电色散。在一定的频率范围内，测量介电常数随频率变化的特性曲线称为介电谱。在交变电场作用下，电介质中的原子、分子、偶极矩都会吸收电场的能量，使它们自己处于较高的能量状态或转化成热能，这些统称为介电吸收（介电损耗）。,Fig 7.15,From Principles of Electronic Materials and Devices,Third Edition,S.O.Kasap(McGraw-Hill,2005),参见p498的解释,介质损耗 dielectric loss,如果交变电场的频率足够低，取向极化能跟得上外加电场的变化，这时电介质的极化过程与静电场作用下的极化过程没有多大的区别。如果交变电场的频率足够高，电介质中的极化强度就会跟不上外电场的变化而出现滞后，从而引起介质损耗。,动态介电常数也不同于静态介电常数。所谓介质损耗，就是在某一频率下供给介质的电能，其中有一部分因强迫固有偶极矩的转动而使介质变热，即一部分电能以热的形式而消耗。可见，介质损耗可反映微观极化的弛豫过程。,Fig 7.16,From Principles of Electronic Materials and Devices,Third Edition,S.O.Kasap(McGraw-Hill,2005),讲解例7.5、例7.6和例7.7,19,7.4.3 德拜方程，科尔-科尔图和串联等效电路（略）,20,21,22,
