电介质的损耗(材料物理性能).ppt

6.2 电介质的损耗 ;一、介质损耗的产生;电导损耗由漏导电流引起，与自由电荷有关，对电容器施加直流电压，充电电流随时间增加而降到某一恒定的数值，这个电流称为电容器的漏电流。;主要是因为在外电场作用下,材料内自由电荷重新分布的结果。;极化损耗由极化电流引起，介质极化的建立引起电流，与极化松弛等有关；;3）常见介质中的损耗形式;损耗角正切;????在交变电场作用下，电介质内流过的电流相量和电压相量之间的夹角(功率因数角Φ)的余角(δ)。 简称介损角;这正是损失角δ=(90°-Φ)的正???值。因此现在的数字化仪器从本质上讲，是通过测量δ或者Φ得到介损因数。;I = IC + IR =(iωC+G)U ;1）复介电常数的含义;只当频率为零或频率很低（例如1千赫）时,三种微观过程都参与作用，这时的介电常数ε(0)对于一定的电介质而言是个常数，通称为介电常数，这也就是静电介电常数εs或低频介电常数。;中频极化; 频率再增加，实部ε′(ω)降至新值，虚部ε″(ω)变为零，这表示分子固有电矩的转向极化已不能响应了。 当频率进入到红外区，分子中正、负离子电矩的振动频率与外场发生共振时，实部ε′(ω)先突然增加，随即陡然下降,ε″(ω)又出现峰值； 过此以后，正、负离子的位移极化亦不起作用了。 ;光频极化;J=(iωε+σ)E ;复介电常数:; 时间;交变电场作用下的P(t)为：;低频或者静态:εr’取ε(0)， ε(0)代表静态相对介电常数； 频率ω→∞: εr’ →ε∞ ，ε∞代表光频相对介电常数; 其中： ?(0) -----低或静态的相对介电常数 ?? ------ ???时的相对介电常数;研究了电介质的介电常数ε?、反映介电损耗的εr??、所加电场的角频率?及松弛时间?的关系。;1）直流电压下 PW=IU=GU2 G为介质的电导,单位为西门子(S)。;;1）当外加电场频率很低，即ω→0时，介质的各种极化都能跟上外加电场的变化，此时不存在极化损耗，介电常数达最大值。 介电损耗主要由电导损耗引起，PW和频率无关。tgδ=σ/ωε，则当ω→0时，tgδ→∞。随着ω的升高，tgδ减小。;2）当外加电场频率逐渐升高时，松弛极化在某一频率开始跟不上外电场的变化，松弛极化对介电常数的贡献逐渐减小，因而εr随ω升高而减少。 在这一频率范围内，由于ωτ1，故tgδ随ω升高而增大，同时Pw也增大。;(3)当ω很高时，εr→ε∞，介电常数仅由位移极化决定，εr趋于最小值。此时由于ωτ1，此时tgδ随ω升高而减小。ω→∞时，tgδ→0。;（1）当温度很低时,τ较大,由德拜关系式可知,εr较小，tgδ也较小;(2)当温度较高时，大于Tm，τ较小，此时;（3）当温度继续升高，达到很大值时，离子热运动能量很大，离子在电场作用下的定向迁移受到热运动的阻碍，因而极化减弱，εr下降。 电导损耗剧烈上升，tgδ也随温度上升急剧上升。;介质吸潮后，介电常数会增加，但比电导的增加要慢，由于电导损耗增大以及松驰极化损耗增加，而使tgδ增大。 对于极性电介质或多孔材料来说，这种影响特别突出，如，纸内水分含量从4％增加到10％时，其tgδ可增加100倍。 ;四、压碱效应和双碱效应;R K+R Li+，在外电场的作用下，碱金属离子移动时，Li+离子留下的空位比K+留下的空位小， K+只能通过本身的空位； Li+进入大体积空位，产生应力，不稳定，只能进入同种离子空位较为稳定； 大离子不能进入小空位，使通路堵塞，妨碍小离子的运动； 相互干扰的结果使电导率大大下降。;指含碱破璃中加入二价金属氧化物，特别是重金属氧化物，使玻璃的电导率降低，相应的阳离子半径越大，这种效应越强。;（一）玻璃态损耗的压碱效应和双碱效应;两种碱性氧化物加入后，在玻璃中形成微晶结构，在碱性氧化物的一定比值下，形成的化合物中，离子与主体结构较强地固定着，实际上不参加引起介质损耗的过程；在离开最佳比值的情况下，一部分碱金属离子位于微晶的外面，即在结构的不紧密处，使介质损耗增大。;电介质损耗用作一种电加热手段，即利用高频电场（一般为0.3～300兆赫）?对电介质损耗大的材料（如木材、纸、陶瓷等）进行加热。 频率高于?300兆赫时?，达到微波波段?，即为微波加热（?家用微波炉即据此原理）。??; 总之，介质损耗是介质的电导和松弛极化引起的电导和极化过程中带电质点（弱束缚电子和弱联系离子，并包括空穴和缺位）移动时，将它在电场中所吸收的能量部分地传给周围“分子”，使电磁场能量转变为“分子”的热振动，能量消耗在使电介质发热效应上。　;6.3 介电击穿 ;一、介质的击穿;3.介电强度;在电场作用下，固体电介质承受的电场强度虽不足以发生电击穿，但因电介