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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τ 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εr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