电子科大《电介质物理》课件(下).ppt

第二章第二章 交变电场中电介质的损耗交变电场中电介质的损耗1.介质损耗和复介电系数 2.弛豫现象和Kramers-Krönig关系式 3.德拜方程 4.电介质的弛豫机构 5.多弛豫时间的情况 6.复合介质的极化和损耗Date1§2.1 介质损耗和复介电系数一、介质损耗 1．定义：电介质在电场作用下，单位时间内，每单位体 积中，将电能转化为热能而消耗的能量 2．作用:有害：介质发热 a. 导致元件参数的改变，引起电路 性能的不稳定. b. 引起介质老化，甚至造成介质的热击穿破坏，最后失效有利：高频感应加热 3．表征:a. 以单位时间内，单位体积中介质损耗的能量b. 以损耗角正切值tg表示Date2材料 tanδ陶瓷Al2O30.0002～0.01 SiO20.00038BaTiO3 0.0001～0.02 云母 0.0016派热克斯玻璃 0.006～0.025滑石（2SiO2·MgO） 0.0002～0.004 镁橄榄石（2MgO·SiO2） 0.004堇青（2MgO·Al2O3·5SiO2） 0.004～0.012部分材料的介电损耗系数Date3聚合物 酚醛树 脂（电木） 0.06～0.110硅橡胶 0.001～0.025 环氧树酯 0.002～0.010 尼龙6,6 0.01 聚碳酸酯 0.0009 聚苯乙烯 0.0001～0.0006 高密度聚乙烯 1.5D 极化形式： 电子位移极化、偶极矩转向极化。

对强 极性液体主要是偶极矩转向极化，极性液体分子间有 强烈的相互作用Date84问题:理论和实际介质损耗偏差大,为什么? Date85误差原因： 1.由于采用单一时间常数代替极性液体介质的分布时 间常数； 2.将有效电场设为宏观电场Date86固体介质的极化和损耗一、无机晶体介质的极化和损耗如碱卤晶体（NaCl）、石英和云母等（这些晶体 具有对称立方结构） 极化形式：只有位移极化（电子、离子）； 介质损耗：电导 在50Hz，tan～10-4晶格复合缺陷有关Date87二、玻璃中的极化和损耗玻璃主要有硅玻璃（SiO2）、硼玻璃（B2O3），玻璃为 有软化点、没有固定熔点的网状无定形结构材料 常见的玻璃：1）纯玻璃——直接由氧化硅、硼熔制而成；2）碱玻璃——加一价的碱金属；3）无碱玻璃——加二价的碱土金属玻璃的损耗： i. 电导损耗（高温区）； ii. 杂质松弛损耗； iii.结构式损耗（低温区）Date881.纯玻璃：直接由氧化硅、硼熔制而成 tan~10-42.碱玻璃为了改善玻璃的强度，通常在玻璃中加入碱金属， 使玻璃的网状长链变成短链，但这也同时增大了松弛极 化和松弛损耗，由于这种短链结构，使电子运动的可能 性增大，电导率和电导损耗也增加。

0 100KTtan结构式 损耗杂质电导Date89改善方法：中和效应,压抑效应中和效应中和效应：当玻璃中碱金属 氧化物的总浓度较高，而用 另一种碱金属来部分取代（ 总浓度保持不变），可降低 玻璃的电导率和损耗，这种 效应称为“中和效应”压抑效应压抑效应：在碱金属氧化物玻璃中，加入二价碱土金 属氧化物（CaO、BaO等），由于二价碱土金属可使玻 璃结构比单一含一价碱金属时的结构更紧密，并使势 垒增高，从而降低玻璃的电导率和损耗KNa40%60%Date90三、陶瓷介质的极化和损耗组成：晶相；玻璃相；气孔损耗：1）电导损耗；2）松弛损耗；3）气孔引起的夹层式损耗四、有机固体介质的损耗Date91课堂作业：有一电容器C1=300PF,tg1=0.005,另一 电容器C2=60PF,tg2=0.04,求该二电容器串 联和并联时的电容量C和tg 当C1为300PF 的空气电容器时，求与C2串联和并联时的tg Date92电介质物理第二章习题1、什么是瞬时极化、缓慢极化？它们对应的微观机制是什么？ 2、什么是吸收电流和驰豫现象？吸收电流怎样表现为介质损耗 ？ 3、如何定义复介电常数？它的实部、虚部的物理意义是什么？ 4、损耗角正切为什么是介质的重要参数？如何表示直流下的介 质损耗？ 5、若极化介质的驰豫函数 ，电导率为r，求该 材料的损耗角正切 tanδ,若施加电场E(t)=at (t>0),E(t)=0 (t<0), 求通过介质的电流密度？Date936、求德拜驰豫方程损耗因子ε”吸收峰的半高度，并求 此时所对应的ε’介电常数值？ 7、驰豫时间的物理意义是什么？当温度变化时，驰豫时 间如何变化？如何利用德拜方程通过实验确定驰豫时间？ 8、某介质的 ,n2=27, V0=1eV, 在交变电场频率为 f=10 7HZ,温度是t=40℃时,有tanδ极大值，求该值？当在 tanδ的最大值时，温度变为27 ℃时，求相应的电场频率 ？ 9、什么叫cole--cole图？其在实际应用中有何意义？ 10、一个以极性电介质（单驰豫）制作的电容器，在其上 施加正弦交变电压，试证明在ε”极大值对应频率下，损 耗为其极大值的一半？Date94。