42电介质的损耗材料物理性能
材料物理性能考试复习资料
1. 影响弹性模量的因素包括:原子结构、温度、相变。
2. 随有温度升高弹性模量不一定会下降。
如低碳钢温度一直升到铁素体转变为奥氏体相变点，弹性模量单调下降，但超过相变点，弹性校模量会突然上升，然后又呈单调下降趋势。
这是在由于在相变点因为相变的发生，膨胀系数急剧减小，使得弹性模量突然降低所致。
3. 不同材料的弹性模量差别很大，主要是因为材料具有不同的结合键和键能。
4. 弹性系数Ks 的大小实质上代表了对原子间弹性位移的抵抗力，即原子结合力。
对于一定的材料它是个常数。
弹性系数Ks 和弹性模量E 之间的关系:它们都代表原子之间的结合力。
因为建立的模型不同，没有定量关系。
（☆）5. 材料的断裂强度：a E th /γσ=材料断裂强度的粗略估计：10/E th =σ6. 杜隆-珀替定律局限性:不能说明低温下，热容随温度的降低而减小，在接近绝对零度时，热容按T 的三次方趋近与零的试验结果。
7. 德拜温度意义:① 原子热振动的特征在两个温度区域存在着本质差别，就是由德拜温度θD 来划分这两个温度区域:在低θD 的温度区间，电阻率与温度的5次方成正比。
在高于θD 的温度区间，电阻率与温度成正比。
② 德拜温度------晶体具有的固定特征值。
③ 德拜理论表明:当把热容视为(T/θD )的两数时，对所有的物质都具有相同的关系曲线。
德拜温度表征了热容对温度的依赖性。
本质上，徳拜温度反应物质内部原子间结合力的物理量。
8. 固体材料热膨胀机理：（1） 固体材料的热膨胀本质，归结为点阵结构中质点间平均距离随温度升高而增大。
（2） 晶体中各种热缺陷的形成造成局部点阵的畸变和膨胀。
随着温度升高，热缺陷浓度呈指数增加，这方面影响较重要。
9. 导热系数与导温系数的含义:材料最终稳定的温度梯度分布取决于热导率，热导率越高，温度梯度越小;而趋向于稳定的速度,则取决于热扩散率,热扩散率越高，趋向于稳定的速度越快。
即:热导率大，稳定后的温度梯度小，热扩散率大，更快的达到“稳定后的温度梯度”（☆）10. 热稳定性是指材料承受温度的急剧变化而不致破坏的能力，故又称为抗热震性。
(完整word版)材料物理性能A试卷答案及评分标准
材料物理性能A 试卷答案及评分标准一、是非题（1分×10=10分）1√；2×；3×；4√；5×；6√；7√；8√；9√；10×。
二、名词解释（3分×6=18分，任选6个名词。
注意：请在所选题前打“√”）1、磁后效应：处于外电场为H0的磁性材料，突然受到外磁场的跃迁变化到H1，则磁性材料的磁感应强度并不是立即全部达到稳定值，而是一部分瞬时到达，另一部分缓慢趋近稳定值，这种现象称为磁后效应。
2、塑性形变：是指在超过材料的屈服应力作用下产生形变，外应力移去后不能恢复的形变。
无机材料的塑性形变，远不如金属塑性变形容易。
3、未弛豫模量：测定滞弹性材料的形变时，如果测量时间小于τε、τσ，则由于随时间的形变还没有机会发生，测得的是应力和初始应变的关系，这时的弹性模量叫未驰豫模量。
4、介质损耗：由于导电或交变场中极化弛豫过程在电介质中引起的能量损耗，由电能转变为其他形式的能，统称为介质损耗。
5、光频支振动：光频支振动：格波中频率甚高的振动波，质点间的位相差很大，邻近质点的运动几乎相反时，频率往往在红外光区，称为“光频支振动”。
6、弹性散射：散射前后，光的波长（或光子能量）不发生变化的散射。
7、德拜T3定律：当温度很低时，即T<<θD，c v=1939.7(T/θD)3j.K-1.mol-1，即当T→0 K时，c v∝T3→0。
8、BaTiO3半导体的PTC现象：价控型BaTiO3半导体在晶型转变点附近，电阻率随温度上升发生突变，增大了3~4个数量级的现象。
三、简答题（5分×5=25分，任选5题。
注意：请在所选题前打“√”）1、（1）构成材料元素的离子半径；（2）材料的结构、晶型；（3）材料存在的内应力；（4）同质异构体。
2、（1）透过介质表面镀增透膜；（2）将多次透过的玻璃用折射率与之相近的胶将它们黏起来，以减少空气界面造成的损失。
4.2 电介质的损耗(材料物理性能)
19
B.极化损耗复介电常数含义：
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 C.ε(0) 和ε∞
r r 1 cr 1 0r 1 1 i r' i r"
21
E.德拜表达式的意义
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。
(0)
r´ r´´
0.1 1 10
=1， r´´最大，大于或小于1 时，r´´都小， 即：松弛时间和所加电场的频率相比，较大时，偶极子来不及转移定向， r´´就小；松弛时间比所加电场的频率还要迅速，r´´也小。
11
低频极化
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。
极 化 率 或
电子极化 离子极化 松弛极化 空间电荷 极化
工频 声频
无线电 红外
紫外
极化率和介电常数与频率的关系
27
电介质及其介电特性-损耗
由于介电温谱比介电频谱测试方便，因而常被采用， 许多极性介质都可测得上述的变化规律。 当测试介质温 度谱的电场频率增 高时，ε”、p、 tanδ的峰值点向高 温方向平移。
电介质理论及其应用
20
柯尔-柯尔（Cole-Cole） 柯尔-柯尔（Cole-Cole）圆图
3.柯尔-柯尔（Cole-Cole）圆图
3.2 具有两个分离松弛时间
从ε”最大值可得到松弛时间τ=1/ω
电介质理论及其应用
22
柯尔-柯尔（Cole-Cole） 柯尔-柯尔（Cole-Cole）圆图
3.3 具有一组松弛时间
ε = ε ′ − jε ′′ = ε ∞ +
∗
∆ε 1 + (iωτ β )1−α
α表示松弛时间分散度的常数， 0<α<1
u0
∆ε − kT ε ′′ = e cω
u0
e
−
u0 kT
∆ε − kT 2 p= e Em 2c
电介质理论及其应用
18
极化损耗的频率温度特性 （2）松弛区——b
温度升高，τ下降，在ωτ ≈ 1区域
松弛极化对ε已有明显的贡献；但极化的建立较之电场的变化有明显的 滞后现象，松弛损耗仍然存在；ε”、p、tanδ均出现峰值。
εs 在ωτ = 时： ε∞
电介质理论及其应用
tan δ max =
∆ε 2 ε sε ∞ )
19
极化损耗的频率温度特性 （3）高温区——c
高温下，τ很小，ωτ << 1
松弛极化建立较快，跟得上电场的变化。 无明显的松弛性损耗，电导是损耗的主要来源。 ε”、p、tanδ随温度增加再次作指数式上升。
电介质理论及其应用
材料物理性能题库
材料物理性能题库 -CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN《材料物理性能》题库一、填空1．相对无序的固溶体合金，有序化后，固溶体合金的电阻率将。
2．马基申定则指出，金属材料的电阻来源于两个部分，其中一个部分对应于声子散射与电子散射，此部分是与温度的金属基本电阻，另一部分来源于与化学缺陷和物理缺陷而与温度的残余电阻。
3．某材料的能带结构是允带内的能级未被填满，则该材料属于。
4．离子晶体的导电性主要是离子电导，离子电导可分为两大类，其中第一类源于离子点阵中基本离子的运动，称为或，第二类是结合力比较弱的离子运动造成的，这些离子主要是，因而称为。
在低温下，离子晶体的电导主要由决定。
5．绝缘体又叫电介质，按其内部正负电荷的分布状况又可分为，，与。
6．半导体的导电性随温度变化的规律与金属，。
在讨论时要考虑两种散射机制，即与。
7．超导体的三个基本特性包括、与。
金属的电阻8．在弹性范围内，单向拉应力会使金属的电阻率；单向压应力会使率。
9．某合金是等轴晶粒组成的两相机械混合物，并且两相的电导率相近。
其中一相电导率为σ1，所占体积分数为φ，另一相电导率为σ2，则该合金的电导率σ= 。
10．用双臂电桥法测定金属电阻率时，测量精度不仅与电阻的测量有关，还与试样的的测量精度有关，因而必须考虑的影响所造成的误差。
11．适合测量绝缘体电阻的方法是。
12．适合测量半导体电阻的方法是。
13．原子磁矩包括、与三个部分。
14．材料的顺磁性来源于。
15．抗磁体和顺磁体都属于弱磁体，可以使用测量磁化率。
16．随着温度的增加，铁磁体的饱和磁化强度。
17．弹性的铁磁性反常是由于铁磁体中的存在引起所造成的。
18．奈尔点是指。
19．磁畴畴壁的厚度是由交换能与的平衡决定的。
20．在弹性范围内，当应力方向与铁磁性金属磁致伸缩为同向时，则应力对磁化有作用，反之起作用。
21．从微观上分析，光与固体材料的相互作用，实际上是光子与固体材料中的原子、离子与电子的相互作用，这种作用有两个重要的结果是与。
材物性能名词解释
材料物理性能名词解释1、thermal equilibrium state热力学平衡态（热动平衡）：一个系统处于不变的外界条件下，经过一定的时间后系统达到的一个宏观性质不随时间变化的状态。
2、thermal motion热运动：物质中原子和分子不停的无规则运动状态。
3、theramal system热力学系统：研究的宏观物体（气体、固体）4、crystallization结晶：液态金属转变为固态金属形成晶体的过程。
5、melting point熔点：固态急速向液态转变的温度。
6、statistical regularity统计规律性：由大量微观粒子组成的整体，表现出与机械运动规律不同的另一种规律性。
7、lattice vibration晶格热振动：晶体中原子以平衡位置为中心不停的振动的现象。
8、phonon声子：晶格振动的能量是量子化的，以hv为单元来增加能量，这种能量单元称为声子。
9、heat capacity热容量：物质分子或原子热运动的能量Q随温度T的变化率。
10、molar specific heat capacity 摩尔热容：1mol物质的热容量，单位J/K·mol11、specific heat capacity比热容：单位质量的热容量。
10、heat capacity at constant volume pressure 定压热容：若加热过程中物体的体积不变，则其所测得的热容量为定压热容。
11、定容热容12、thermal expansion热膨胀：材料的长度或体积在不加压力时随温度的升高而变大的现象。
13、thermal conduction热传导：材料中的热量自动从高温区传向低温区的现象。
15、thermal conductivity热导率：在单位梯度温度下单位时间内通过材料单位垂直面积的热量。
14、heat flux or thermal flux density 能流密度：单位时间内通过材料单位处置面积的热量。
《材料物理性能》测试题汇总
《材料物理性能》测试题1、利用热膨胀曲线确定组织转变临界点通常采取的两种方法是： 、2、列举三种你所知道的热分析方法： 、 、3、磁各向异性一般包括 、 、 等。
4、热电效应包括 效应、 效应、 效应，半导体制冷利用的是 效应。
5、产生非线性光学现象的三个条件是 、 、 。
6、激光材料由 和 组成，前者的主要作用是为后者提供一个合适的晶格场。
7、压电功能材料一般利用压电材料的 功能、 功能、 功能、 功能或 功能。
8、拉伸时弹性比功的计算式为 ，从该式看，提高弹性比功的途径有二： 或 ，作为减振或储能元件，应具有 弹性比功。
9、粘着磨损的形貌特征是 ，磨粒磨损的形貌特征是 。
10、材料在恒变形的条件下，随着时间的延长，弹性应力逐渐 的现象称为应力松弛，材料抵抗应力松弛的能力称为 。
1、导温系数反映的是温度变化过程中材料各部分温度趋于一致的能力。
（ ）2、只有在高温且材料透明、半透明时，才有必要考虑光子热导的贡献。
（ ）3、原子磁距不为零的必要条件是存在未排满的电子层。
（ ）4、量子自由电子理论和能带理论均认为电子随能量的分布服从FD 分布。
（ ）5、由于晶格热振动的加剧，金属和半导体的电阻率均随温度的升高而增大。
（ ）6、直流电位差计法和四点探针法测量电阻率均可以消除接触电阻的影响。
（ ）7、 由于严格的对应关系，材料的发射光谱等于其吸收光谱。
（ ）8、 凡是铁电体一定同时具备压电效应和热释电效应。
（ ）9、 硬度数值的物理意义取决于所采用的硬度实验方法。
（ ）10、对于高温力学性能，所谓温度高低仅具有相对的意义。
（ ）1、关于材料热容的影响因素，下列说法中不正确的是 （ ）A 热容是一个与温度相关的物理量，因此需要用微分来精确定义。
B 实验证明，高温下化合物的热容可由柯普定律描述。
C 德拜热容模型已经能够精确描述材料热容随温度的变化。
D 材料热容与温度的精确关系一般由实验来确定。
材物性能名词解释
材料物理性能名词解释1、thermal equilibrium state热力学平衡态（热动平衡）：一个系统处于不变的外界条件下，经过一定的时间后系统达到的一个宏观性质不随时间变化的状态。
2、thermal motion热运动：物质中原子和分子不停的无规则运动状态。
3、theramal system热力学系统：研究的宏观物体（气体、固体）4、crystallization结晶：液态金属转变为固态金属形成晶体的过程。
5、melting point熔点：固态急速向液态转变的温度。
6、statistical regularity统计规律性：由大量微观粒子组成的整体，表现出与机械运动规律不同的另一种规律性。
7、lattice vibration晶格热振动：晶体中原子以平衡位置为中心不停的振动的现象。
8、phonon声子：晶格振动的能量是量子化的，以hv为单元来增加能量，这种能量单元称为声子。
9、heat capacity热容量：物质分子或原子热运动的能量Q随温度T的变化率。
10、molar specific heat capacity 摩尔热容：1mol物质的热容量，单位J/K·mol11、specific heat capacity比热容：单位质量的热容量。
10、heat capacity at constant volume pressure 定压热容：若加热过程中物体的体积不变，则其所测得的热容量为定压热容。
11、定容热容12、thermal expansion热膨胀：材料的长度或体积在不加压力时随温度的升高而变大的现象。
13、thermal conduction热传导：材料中的热量自动从高温区传向低温区的现象。
15、thermal conductivity热导率：在单位梯度温度下单位时间内通过材料单位垂直面积的热量。
14、heat flux or thermal flux density 能流密度：单位时间内通过材料单位处置面积的热量。
材料物理性能
2、弹性模量E随原子间距R的减小，近似的存在以下关系：E=k/R m3、并联：E=E A S A/S+E B S B/S 串联：1/E=L A/E A L+L B/E B L4、弹性系数Ks的大小实质上反映了原子间势能曲线极小值尖峭度的大小。
对于一定的材料它是个常数，它代表了对原子间弹性位移的抵抗力，即原子结合力。
5、影响裂纹扩展的因素：①首先应使作用应力不超过临界应力，这样裂纹就不会扩展。
②其次在材料中设置吸收能量的机构也阻碍裂纹扩展。
③此外，人为地在材料中造成大量极微细的裂纹（小于临界尺寸）也能吸收能量，阻止裂纹扩展。
6、杜隆-珀替定律——元素的热容定律：恒压下元素的原子摩尔热容为25J/(K*mol),即3R7、热膨胀：物体的体积或长度随温度的升高而增大的现象称为热膨胀。
8、固体材料的热膨胀机理：①固体材料的热膨胀本质，归结为点阵结构中质点间平均距离随温度升高而增大。
②晶体中各种热缺陷的形成造成局部点阵的畸变和膨胀。
9、影响金属热导率的因素：①温度的影响②晶粒大小的影响③立方晶系的热导率与晶向无关；非立方晶系的热导率表现出各向异性④杂质将强烈影响热导率10、影响无机非金属材料热导率的因素：温度的影响；化学组成的影响；显微结构的影响:a.结晶构造的影响b.各向异性晶体的热导率c.多晶体与单晶体的热导率d.非晶体的热导率11、热稳定性：是指材料承受温度的急剧变化而不致破坏的能力，故又称抗热震性。
12、晶体和非晶体热导率曲线比较：①在不考虑光子导热的贡献的任何温度下λ非晶体<λ晶体。
②高温时，非晶体的热导率和晶体的热导率比较接近。
③两者的λ-T曲线的重大区别在于非晶体的λ-Ｔ曲线无λ的峰值点ｍ。
13、热应力引起的材料断裂破坏，还涉及材料的散热问题，散热使热应力得以缓解。
与此有关的因素包括：材料的热导率λ；传热的途径；材料表面散热速率14、提高材料抗热冲击断裂性能的措施：①提高材料强度、减小弹性模量，使σ/E提高；②提高材料的热导率，使R、提高；减小材料的热膨胀系数；③减小表面热传递系数；减小产品厚度15、光子与固体材料相互作用，实际上是光子与固体材料中的原子、离子、电子等的相互作用，出现以下两重要结果：①电子极化；②电子能态转变。
材料物理性能基础知识点
〈〈材料物理性能〉〉基础知识点一，基本概念:1.摩尔热容: 使１摩尔物质在没有相变和化学反应的条件下,温度升高1K所需要的热量称为摩尔热容.它反映材料从周围环境吸收热量的能力。
2.比热容：质量为1kg的物质在没有相变和化学反应的条件下，温度升高1K所需要的热量称为比热容。
它反映材料从周围环境吸收热量的能力。
3.比容：单位质量（即1kg物质)的体积，即密度的倒数（m3/kg)。
4.格波：由于晶体中的原子间存在着很强的相互作用,因此晶格中一个质点的微振动会引起临近质点随之振动.因相邻质点间的振动存在着一定的位相差，故晶格振动会在晶体中以弹性波的形式传播,而形成“格波”。
5.声子（Phonon）: 声子是晶体中晶格集体激发的准粒子,就是晶格振动中的简谐振子的能量量子。
6.德拜特征温度: 德拜模型认为:晶体对热容的贡献主要是低频弹性波的振动，声频支的频率具有0～ωmax分布，其中,最大频率所对应的温度即为德拜温度θD,即θD=ћωmax/k。
7.示差热分析法(Differential Thermal Analysis，DTA ）：是在测定热分析曲线（即加热温度T与加热时间t的关系曲线)的同时，利用示差热电偶测定加热（或冷却）过程中待测试样和标准试样的温度差随温度或时间变化的关系曲线ΔT～T（t),从而对材料组织结构进行分析的一种技术。
8.示差扫描量热法(Differential Scanning Calorimetry, DSC）: 用示差方法测量加热或冷却过程中，将试样和标准样的温度差保持为零时，所需要补充的热量与温度或时间的关系。
9.热稳定性（抗热振性）：材料承受温度的急剧变化（热冲击)而不致破坏的能力.10.塞贝克效应：当两种不同的导体组成一个闭合回路时,若在两接头处存在温度差则回路中将有电势及电流产生，这种现象称为塞贝克效应。
11.玻尔帖效应:当有电流通过两个不同导体组成的回路时，除产生不可逆的焦耳热外，还要在两接头处出现吸热或放出热量Q的现象。
材料物理性能名词解释
铁电性：电偶极子由于它们的相互作用而产生的自发平行排列的现象。
屈服极限：中档应力足够大，材料开始发生塑性变形，产生塑性变形的最小应力。
延展性：指材料受塑性形变而不破坏的能力。
构建的受力模型：拉伸、压缩、剪切、扭转、弯曲塑性形变：指外力移去后不能恢复的形变。
热膨胀：物体的体积或长度随着温度的升高而增加的现象称为热膨胀，本质是点阵结构中质点的平均距离随温度升高而增大。
色散：材料的折射率随入射光频率的减小而减小的性质。
抗热震性：是指材料承受温度的剧烈变化而抵抗破坏的能力。
蠕变：对材料施加恒定应力时。
应变随时间的增加而增加，这种现象叫蠕变。
此时弹性模量也将随时间的增加而减少。
弛豫：对材料施加恒定应变，应力随时间减少的现象，此时弹性模量也随时间而降低。
滞弹性：对于理想弹性固体，作用应力会立即引起弹性形变，一旦应力消除，应变也随之消除。
对于实际固体，这种应变的产生和消除需要一定的时间，这种性质叫滞弹性。
粘弹性：有些材料在比较小的应力作用下可以同时表现出弹性和粘性。
虎克定律：材料在正常温度下，当应力不大时其变形是单纯的弹性变形，应力与应变的关系由实验建立。
晶格滑移：晶体受力时，晶体的一部分相对于另一部分发生平移滑动。
应力：单位面积上所受的内力。
形变：材料在外力作用下，发生形状和大小的变化。
应变：物质内部各质点之间的相对位移。
本征电导：由晶体点阵的基本离子运动引起。
离子自身随热运动离开晶格形成热缺陷，缺陷本身是带电的，可作为离子电导截流子，又叫固有离子电导，在高温下显著。
杂质电导：由固定较弱的离子的运动造成，主要是杂质离子。
在低温下显著。
杂质电导率要比本征电导率大得多。
离子晶体的电导主要为杂质电导。
热电效应：自发极化电矩吸附异性电荷，异性电荷屏蔽自发极化电场而自发极化对温度影响当温度变化时释放出电荷。
极化:在外电场作用下,介质内质点政府电荷重心的分离,并转变为偶极子,即电介质在电场作用下产生感应电荷的现象.自发极化：这种极化状态并非由外加电场所引起而是由晶体内部结构特点所引起。
电介质的极化、电导与损耗特性
• 极化所需的时间也较长，约10-10～10-2s（频率有影响-） • 非弹性，消耗能量
• 温度对极性介质的εr有很大的影响
• 低• 适当范围+ • 高-
偶极子转向极化示意图
| E|0
E
4）夹层介质界面极化
• 夹层电介质（不均匀电介质）中 • 各层中的电位分布最初和最终不同，造
成交界面上的电荷的移动和积累 • 特点
• 憎水性电介质：石蜡，聚苯乙烯
• 预防性试验时要注意绝缘表面的影响！
固体介质电导电流密度与外加场强的关系
3.1.3 电介质的能量损耗
Байду номын сангаас
• 介质损耗
IIr Ic
• 电导损耗 • 有损极化
W=P+jQ=U(Ir+jIC)=U Ir+j UIC
介质损失角的正切tgδ：衡量介质的损耗特性
• 气体介质的损耗
任何物质的原子中 离子组成的物质 极性分子组成的物质 多层介质的交界面 电极附近
10-15（s） 10-13（s） 10-10~10-1（s） 10-1s~数小时
束缚电荷的位移 自由电子的移动
电介质极化的本质： 在外加电场作用下，极化介质内部形成反电场，通过向 电极补充电荷以抵消反电场的作用，从而增加了电容量， 并可能消耗能量！
• 极化的影响因素
–形态（气液固）、温度、电场频率等
• 极化的基本形式
–电子式、离子式、偶极子转向、夹层介质 界面、空间电荷极化等
1）电子式极化
• 电子轨道受到外电场的作用时，相对于原子核 产生位移，原子中正、负电荷的作用中心不再 重合
• 极化强度与正、负电荷作用中心间的距离成正 比，且随外电场的增强而增大
材料物理 介质损耗
材料极化
四、介电常数和介质损耗角正切
基本概念：
• 介电常数：以绝缘材料为介质与以真空为介质制成同尺寸电 容器的电容量之比值。 表示在单位电场中，单位体积内积蓄的静电能量的大小。是 表征电介质极化并储存电荷的能力，是个宏观物理量。
• 介质损耗 置于交流电场中的介质，以内部发热(温度升高)形 式表现出来的能量损耗。
料本身的电阻一定要小.
高聚物
ρv体积电阻率 （.m）
高聚物的介电性能
击穿强度 (MV/m)
介电常数 （60Hz）
介电损耗角正 切值
（60Hz）
聚乙烯 （高密度） 聚丙烯 聚苯乙烯 聚氯乙烯 尼龙6 尼龙66 涤纶 聚甲醛 聚碳酸酯 聚四氟乙烯 聚砜 丁苯橡胶
1014
>1014 1014 1012-1015 1012-1015 1012 1012-1016 1012 1014 1016 1014 1013
高分子材料的ε由主链结构中的键的性能和排列所决定。
• 分子结构极性越强, ε和tg越大. 非极性材料的极化程度小,ε和tg都较小.
• 极性取代基团影响更大,其数目越多, ε和tg越大
介电性的应用
tg 大，损耗大，材料发热。 • 电容介质 大，tg 小
作绝缘材料或电容器材料的高聚物,介电损耗越小越好
介电常数和介质损耗角正切
介电常数和介质损耗角正切
在电场作用下，能产生极化的一切物质又被称之为电介质。电介 质在电子工业中用来做集成电路的基板、电容器等。如果将一块 电介质放入一平行电场中，则可发现在介质表面感应出了电荷， 即正极板附近的电介质感应出了负电荷，负极板附近的介质表面 感应出正电荷。这种电介质在电场作用下产生感生电荷的现象， 称之为电介质的极化。 感应电荷产生的原因在于介质内部质点 (原子、分子、离子)在电场作用下正负电荷重心的分离，变成了偶 极子。不同的偶极子有不同的电偶极矩，电偶极矩的方向与外电 场方向一致。
电介质的极化、电导与损耗
H O. H . +.
H O 2 可编辑ppt
20
偶极子转向极化的特点：
1）、偶极子转向极化存在于极性介质中； 2）、偶极子极化是非弹性极化，极化时要消耗的电场 能量； 3）、极化所需的时间较长，约10-10-10-2s，故其r随频 率变化；
温度对偶极子转向极化的影响：
1）、气体，随着温度的升高，r减小； 2）、液体和固体，低温下，r随着温度的升高而升 高；高温下，r随着温度的升高而减小。
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（4）、夹层介质界面极化
绝缘材料由不同成分组成，或介质不均匀，这种情况下 会产生“夹层介质界面极化”现象。这种极化的过程特别 缓慢，而且伴随有能量损耗。
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（5）、空间电荷极化
介质内的正、负自由离子在电场作用下改变分布状况时 ，将在电极附近形成空间电荷，称为空间电荷极化。它和 夹层介质界面极化现象一样都是缓慢进行的，所以假使加 上交变电场，则在低频至超低频阶段都有这种现象存在， 而在高频时因离子来不及移动，就没有这种极化现象。
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3、讨论电介质极化的意义
（1）、选择用于电容器中的绝缘材料时，希望材料的 r大；绝缘结构则希望材料的r小。
（2）、串联介质中场强E的分布与r成反比，几种绝缘 材料组合在一起使用，要注意各r值的配合，
（3）、介质损耗是影响绝缘劣化和热击穿的一个重要 因素，而材料的介质损耗与极化类型有关。
（4）、夹层介质界面极化现象在绝缘预防性试验中可 用来判断绝缘受潮情况。
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电介质的电导
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（一）泄漏电流和绝缘电阻
1、测试原理 三电极系统、表面电流、体电流 先将S3闭合，然后在很短的时间内断开，为什么？
电介质的损耗
第二节电介质的损耗作用下的能量损耗，由电能转变为其它形式的能，如热能、光能等，统称为介质损耗。
它是导致电介质发生热击穿的根源。
电介质在单位时间内消耗的能量称为电介质损耗功率，简称电介质损耗。
1 损耗的形式①电导损耗：在电场作用下，介质中会有泄漏电流流过，引起电导损耗。
气体的电导损耗很小，而液体、固体中的电导损耗则与它们的结构有关。
非极性的液体电介质、无机晶体和非极性有机电介质的介质损耗主要是电导损耗。
而在极性电介质及结构不紧密的离子固体电介质中，则主要由极化损耗和电导损耗组成。
它们的介质损耗较大，并在一定温度和频率上出现峰值。
电导损耗，实质是相当于交流、直流电流流过电阻做功，故在这两种条件下都有电导损耗。
绝缘好时，液、固电介质在工作电压下的电导损耗是很小的，与电导一样，是随温度的增加而急剧增加的。
②极化损耗：只有缓慢极化过程才会引起能量损耗，如偶极子的极化损耗。
它与温度有关，也与电场的频率有关。
极化损耗与温度、电场频率有关。
在某种温度或某种频率下，损耗都有最大值。
用tg δ来表征电介质在交流电场下的损耗特征。
`③游离损耗：气体间隙中的电晕损耗和液、固绝缘体中局部放电引起的功率损耗称为游离损耗。
电晕是在空气间隙中或固体绝缘体表面气体的局部放电现象。
但这种放电现象不同于液、固体介质内部发生的局部放电。
即局部放电是指液、固体绝缘间隙中，导体间的绝缘材料局部形成“桥路”的一种电气放电，这种局部放电可能与导体接触或不接触。
这种损耗称为电晕损耗。
2 介质损耗的表示方法在理想电容器中，电压与电流强度成90o ，在真实电介质中，由于GU 分量，而不是90o 。
此时，合成电流为：；故定义：——为复电导率——复介电常数损耗角的定义：只要电导( 或损耗) 不完全由自由电荷产生，那么电导率ζ本身就是一个依赖于频率的复量，故实部ε *不是精确地等于ε，虚部也不是精确地等于。
复介电常数最普通的表示方式是：ε ' 、ε '' 都是领带依赖于频率的量，所以：3 介质损耗和频率、温度、湿度的关系1) 频率的影响（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。
电解质物理 第二章 电介质损耗
2
返 回
C C ri C0
S
1
2 2
g
A 0 ( S ) 1
2 2
2
P
1 2
( g )E m
2
<3>反常弥散区
s
ta n ( g )/ [ 0 (
S
1
1
2 2
)]
返 回
C C ri C0
S
1
2 2
g
A 0 ( S ) 1
2 2
2
P
1 2
( g )E m
2
<2>低频区
0
ta n ( g )/ [ 0 (
I I C I R (i C
)V
W IV co s W /W I R / I C ta n
返 回
3．什么是松弛极化损耗？什么是复介电常数？（掌握）
当外电场频率较高，致使电介质极化强度P 滞后于外加电场强度，从而消耗的电能称 为松弛极化损耗。 复介电系数的定义：
2 电介质的损耗
2.1 电介质损耗的基本概念 2.2 极化过程的建立和吸收电流 2.3 实际电介质中的介质损耗
返 回
2.1 电介质损耗的基本概念
1．什么是电介质的损耗？它有哪些危害和类型？ （掌握） 2．什么是电导损耗？在交变电场作用下常用什么 参数来描述电导损耗？（掌握） 3．什么是松弛极化损耗？什么是复介电常数？ （掌握） 4．什么是谐振损耗?(色散与吸收)（掌握） 5．如何讨论研究谐振色散规律？（了解） 6．什么是正常谐振色散？什么是反常谐振色散？ （掌握） 返 回
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中频极化
随着频率的增加，
极 化
分子固有电矩的转 率
向极化逐渐落后于 或
外场的变化，这时， ?
介电常数取复数形
式ε(ω)＝ε′(ω)-
jε″(ω)，其中虚部
ε″(ω)代表介质损耗；
它是由于电极化过
程追随不上外场的
变化而引起的。
电子极化 离子极化 松弛极化 空间电荷 极化
工频 声频 无线电 红外 紫外 极化率和介电常数与频率的关系
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。
++ --
4
2）介质极化的滞后效应：极化损耗
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；
V
P
++++
+ -
__
__
时间
只有缓慢极化过程才会引起能量损耗，如偶极子转向极化和 空间电荷极化，这种极化损耗能量。 极化损耗与温度、电场频率有关。
tg? ?tg? Q=1/tg?
p ? =????
???
介质损耗大小 作为绝缘材料的选择依据 应用于高频 功率的计算 电介质发热 研究材料的功率、发热
7
1、介质损耗角δ
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
2、介质损耗正切值tgδ
又称介质损耗因数，是指介质损耗角正切值，简称介损角正切。介 质损耗因数的定义如下
在某些频率时,实部 ε′(ω)先突然增加随 即陡然下降，与此同 时虚部ε″(ω)出现峰 值，这对应于电子跃 迁的共振吸收。
极
电子极化
化 率
离子极化
或
松弛极化
?
空间电荷 极化
工频 声频 无线电 红外 紫外 极化率和介电常数与频率的关系
15
2）漏导复介电常数：
I = IC + IR =(iωC+G)U
8
电流相量 和电压相量 的相量图：
总电流可以分解为电容电流Ic和电阻电流IR合成，因此： 这正是损失角δ=(90°-Φ)的正切值。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。
9
I = IC + IR =(iωC+G)U
I R ? GU
? ?U S
d
IC
?
i ??
U
S d
损耗角正切： tg ? ? I R ? ?
11
低频极化
极 化
率
只当频率为零或频率 很低（例如1千赫）时,
或 ?
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。
电子极化 离子极化 松弛极化 空间电荷 极化
工频 声频 无线电 红外 紫外 极化率和介电常数与频率的关系
过此以后，正、负离子
的位移极化亦不起作用
了。
电子极化 离子极化 松弛极化 空间电荷 极化
工频 声频 无线电 红外 紫外 极化率和介电常数与频率的关系
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光频极化
在可见光区,只有电 子云的畸变极化在起 作用了,这时实部取 更小的值，称为光频 介电常数，记以 ε→∞，虚部对应于 光吸收。 光频介电常数ε→∞ 实际上随频率的增加 而略有增加。
C=εS/d G=σS/d
I R ? GU
? ?U
S d ,IC
?
i ?? U
S d
J ? I ? ?i ?? ? ? ?U ? ?i ?? ? ? ?E
S
d
J=(iωε+σ)E
J=σ*E J=iωε * E
复电导率：
σ*= iωε&;+ _ _ __
ee e
++ + + _ _ __
电介质加热:电极之间加高频电压，因构成电介质的各个分子发生旋转、振 动、碰撞、摩擦等激烈运动，在电介质内部发热。利用电介质发热的加热 方式为电介质加热。
2
2.介质电导和介质极化的滞后效应
1)介质电导的滞后效应-电导损耗
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。
I C ??
C=εS/d G=σS/d
10
3、复介电常数
1）复介电常数的含义 电极化的基本过程有三：
①原子核外电子云的畸变极化； ②分子中正、负离子的（相对）位移极化； ③分子固有电矩的转向极化。
在外界电场作用下，介质的介电常数 ε是综合地反映这三 种微观过程的宏观物理量；它是频率 ω的函数ε(ω)。
实部随着频率的增加而显著下降，虚部出现峰值。
13
高频极化
极
频率再增加，实部 ε′(ω)降至新值，虚部 ε″(ω)变为零，这表示
化 率 或
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；
++++ _ _ __
ee e
++ + + _ _ __
与离子电 导陶瓷材 料的漏导 现象的异 同？
结论：电导损耗实质是相当于交流、直流电流流过电阻做功。绝缘好的液、 固电介质在工作电压下的电导损耗很小，损耗随温度的增加而急剧增加.
3
介质漏导电流与离子电导陶瓷材料的漏导现象的异同？
1．离子电导陶瓷材料的漏导电流
5
3）常见介质中的损耗形式
非极性的液体电介质、 无机晶体和非极性有机电介质
极性电介质及结构不紧密的离 子固体电介质
电导损耗 极化损耗和电导损耗
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二、介质损耗的表征方法
有关介质的损耗描述方法有多种，哪一种描述方法比较方便， 需根据用途而定。
损耗角正切 损耗因子 品质因素 损耗功率 等效电导率 复介电常数的复项
在测量陶瓷电阻时，加上直流电压后，电阻需 要经过一定的时间才能稳定。切断电源后，将 电极短路，有反向放电电流，并随时间减小到 零，随时间变化的这部分电流称为吸收电流， 最后恒定的电流称为漏导电流。
产生的原因-空间电荷效应
在电场作用下，正负离子分别向负、正极移动，引起介质内 各 点离子密度变化，并保持在高势垒状态。在介质内部， 离子减少，在电极附近离子增加，或在某地方积聚，这样形 成自由电荷的积累，称空间电荷。
6.2 电介质的损耗
复习 1、什么是电介质极化？ 2、给出克劳修斯-莫索蒂方程及其适用范围。 3、高介电晶体 的结构特点。 本节内容 1、介质损耗产生的原因。 2、介质损耗的表征方法。 3、介质损耗的影响因素。
1
一、介质损耗的产生 1.介质损耗
能量损耗-转变为其它形式的 能，如热能、光能等
绝缘材料在电场作用下，由于介质电导和介质极化的滞后效 应，在其内部引起的能量损耗。简称介损。