第二章__电介质损耗
5电介质的极化、电导和损耗
4、表面电导：对固体介质，由于表面吸附水分和污秽存在表 面电导，受外界因素的影响很大。所以，在测量体积电阻 率时，应尽量排除表面电导的影响，清除表面污秽、烘干 水分、在测量电极上采取一定的措施。
二、电介质的泄漏电流和绝缘电阻
i=i1+i2+Ig I1－充电电流：无损极化对应的 纯电容电流，又称快极化电流； I2－吸收电流：为有损极化对应 的电流(主要为夹层极化)，又称慢极化电流； Ig－泄漏电流： 介质中少量离子或电子移动形成的电流，即电导电流。
一、电导的分类
电介质电导分为离子电导、电子电导 1、电子电导：一般很微弱，因为介质中自由电子数极少； 如果电子电流较大，则介质已被击穿。 2、离子电导： 本征离子电导：极性电介质本身离解呈现的电导； 杂质离子电导：在中性和弱极性电介质中，主要是杂质离解 呈现的电导。 3、电泳电导： 载流子为带电的分子团，通常是乳化态的胶体粒子（如绝 缘油中悬浮胶粒或细小水珠）吸附电荷变成了带电粒子。
极化结果： 等值电容增大；夹层界面堆积电荷产生极性
极化特点： 与分子结构无关；极化时间长（G很小）； 有能耗，负的温度系数。
各种极化类型的比较
极化类型 电子式 离子式 偶极子式 夹层介质 界面 产生场合 任何电介质 极化时间(s) 10-15 10-13 10-10～10-2 10-1～数小时 极化原因 束缚电荷的位移 离子的相对偏移 偶极子的定向排列 自由电荷的移动 能量损耗 无 几乎无 有 有
一、介质的极化和介电常数
1、极化定义
电介质在电场作用下，其束缚电荷相应 于电场方向产生弹性位移现象和偶极子的取向现象。
2、介电常数
表示极化强弱的一个物理量。 以真空平板电容器为例分析：
极化前：
4.2 电介质的损耗(材料物理性能)
020 12
r´´ = [ (0) - ] /(1+ 22)
➢在高频电压下，ωτ>>1,
00
➢在低频电压下，ωτ<<1,σ与ω2成正比。
2021/10/10
24
三、 介质损耗的影响因素 1.频率的影响
频率、温度、湿度
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
实部随着频率的增加而显著下降，虚部出现峰值。
2021/10/10
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。
tg=r´´/ r´
其中： (0) -----低或静态的相对介电常数 ------ 时的相对介电常数
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。
2021/10/10
22
4、介质损耗功率
1）直流电压下 PW=IU=GU2
G为介质的电导,单位为西门子(S)。
定义单位体积的介质损耗为介质损耗功率p，
pPW GU2 E2
第二章 交变电场中的介质极化和损耗
U
I a 有功电流振幅 = tgδ = I r 无功电流振幅
电介质的损耗可用损耗角正切tgδ来表征。 电介质的损耗可用损耗角正切tgδ来表征。
实际介质 实际介质
I I∞ IR 位 移 极 化 松 弛 极 化 Ir
Ira Irr
IR
介 质 漏 导
I I∞ δ ϕ U
I ra + I R ∴ tgδ = I rr + I∞
P = ε 0 (ε S − 1)E 当电场变化∆E，极化强度变化为 ∆P = ε 0 (ε S − 1) ⋅ ∆E ⋅ Q ∆P∞ = ε（ε ∞ − 1）∆E 0 ∴ ∆Pr = ∆P − ∆P∞ = ε（ε s − ε ∞）∆E ⋅ e ⋅ 0
−t τ
如E = E（t） 则：Pr t） （ =
−∞
∫ dP
t
ri
= ε（ε s − ε ∞） E（t i）e ⋅ 0 ∫
−∞
tdt i ⋅ τ
dt i ⋅ τ
P( t ) = ε 0 (ε ∞ − 1) ⋅ E( t ) + ε 0 (ε s − ε ∞ ) ∫ E( t i ) ⋅ e
−∞
−
t−ti τ
电介质的损耗和复介电常数
∞
三、Kramers-Kroning色散方程（与频率的关系） 当已知电介质的全电流关系，就可以求出复介电 常数与频率的关系。
& 如：E = E m e jωt ，并暂不考虑漏电流，由全电流公式： I（t） & & = = jωε ∞ ε 0 E（t） jω（ε s − ε ∞）ε 0 E（t） ϕ（x）e − jωx dx + J （t ） ∫ S 0
t
dU（u） ⋅ϕ（t − u）du ⋅ dt 0
2.02 极化建立的过程和吸收电流
P
消失 Pr Pr m et /
②
d Pr dt
1
Pr m
et /
Pr
tg
Pr
t
图3-6
极化建立过程中的电流，吸收电流现象
以平行板电容器为例 静态介电常数 s
光频介电常数
充放电电量变化
U
U0
Q 是瞬时充电电荷
Q ' 是瞬时放电电荷
Qa (Q2 Q )
吸收电流充电电荷
Q 'a (Q2 Q ' )
ia
S
d Pr dt
——吸收电流，Absorption Current
吸收电流(Absorption Current)
ia
S
d Pr dt
Pr Pr m (1 et/ )
0 ( s )E(1 et/ )
0 ( s ) SEet/
gi SEet /
s ——直流介电常数 ——光频介电常数
i
IR
0S
dE dt
S
dP dt
S
d Pr dt
瞬时位移极化电流
IR
0S
dE dt
0S (
1)
dE dt
S
d Pr dt
IR
0S
dE dt
S
d Pr dt
松弛位移极化电流
吸收电流(Absorption Current)
IR
பைடு நூலகம்
0 S
dE dt
S
d Pr dt
令:
i
0 S
dE dt
真空位移电流+瞬时位移极化电流
gi SE I 'a
图3-9
U U0
第二章_液体、固体电介质的电气性能
对串、并联电路，有：P1=P2
CP
CS
1tg2
一般tgδ＜＜1，即tg2δ 0,
所以CP≈CS=C,则 P=P1=P2=U2ωCtgδ
4.电介质的损耗及其影响因素 影响电介质损耗的因素主要有温度、频率和电
压。不同的电介质所具有的损耗形式不同，从而温 度、频率和电压对电介质损耗的影响也不同。 5.介质损耗在工程实际中的应用
固体电介质的表面电导主要由表面吸附的水分
和污物引起，介质表面干燥、清洁时电导很小。介
质吸附水分的能力与自身结构有关。 有亲水性介质
和憎水性介质。
所以，介质的绝缘电阻实际上是体积电阻和表
面电阻两者的并联值
R RV RS RV RS
RS---表面泄漏电阻
RV---体积泄漏电阻
5.影响电介质电导的主要因素
IEC规定的电工绝缘材料的耐热等级（最高持续温度）：
Y（O） A
E
B
F
H
C
90 105 120 130 155 180 220℃
如果材料使用温度超过上述规定，绝缘材料 就将迅速老化，寿命大大缩短。实验表明，对A级 绝缘，温度每增加8℃，则寿命缩短一半左右，这 通常称为热老化的8℃原则。对B级和H级绝缘材料 而言，当温度每升高10℃和12℃时，寿命也将缩 短一半。
1.介电常数
组合绝缘的相对介电 常数ε为
S
(1 x) x S
x
s --固体电介质的相对介电常数
x --浸渍介质的相对介电常数
2.介质损耗
组合绝缘的组合绝缘的总介质损失角正切为
tg1(t1g xS xS )x 1(t1g xxxS )x
tg S --固体电介质的介质损失角正切
电介质的损耗
电介质的损耗
电介质损耗是电介质（绝缘体）在电场中发生能量损耗的现象。
这种损耗通常与电介质的分子结构、电场频率、温度等因素有关。
以下是一些影响电介质损耗的主要因素以及一些与电介质损耗相关的重要概念：
1.电介质极化：
•电介质在外电场的作用下会发生极化，分为定向极化和非定向极化。
极化过程中，电介质内的分子会受到电场力的
影响而发生相对位移，从而导致损耗。
2.介电损耗：
•介电损耗是电介质中由于分子摩擦、离子运动等引起的能量损耗。
这种损耗通常表现为电介质的电导率增加和功率
因数减小。
3.频率效应：
•电介质损耗通常随着电场频率的增加而增加。
这是因为在高频条件下，电介质分子无法迅速跟随电场的变化，导致
相对于电场的滞后，产生能量损耗。
4.温度效应：
•温度升高通常会增加电介质损耗，因为高温会增加分子运动，增加摩擦和碰撞，导致能量耗散。
5.材料的选择：
•不同的电介质材料对电介质损耗的敏感性不同。
选择合适
的电介质材料对于特定应用中损耗的控制至关重要。
6.电介质的种类：
•不同种类的电介质在电场中的行为有所不同，例如，有机电介质和无机电介质的损耗特性可能有差异。
7.电场强度：
•电介质损耗通常与电场强度有关。
在较大的电场强度下，电介质分子可能经历更大的变形和摩擦，导致更高的损耗。
在电子设备、电力系统和电容器等应用中，对电介质损耗的控制非常重要，因为它可以影响设备的性能和效率。
设计和选择合适的电介质材料以及了解各种影响因素对于减小电介质损耗具有实际意义。
西安交通大学14春学期《高电压技术》离线作业
西安交通大学14春学期《高电压技术》离线作业《高压电技术》第一章电介质的极化、电导和损耗本章要点：1.电介质的极化；2.电介质的电导；3.电介质的损耗。
本章目标：1.掌握电介质极化的概念、分类及特点；2.掌握相对介电常数的概念，了解电介质极化在工程上的意义；3.掌握电介质电导的概念及其特点；4.掌握电介质损耗的概念、特点及其工程意义。
本章重点：1.电介质极化的概念；2.电介质电导的概念及其工程意义；3.电介质损耗的概念及其工程意义。
本章难点1.电介质的极化、电导和损耗的概念一、单项选择题：1.极化时间最长的是( D )。
A.电子式极化 B.离子式极化C.偶极子极化D.空间电荷极化2.下列因素中，对固体电介质的tgδ影响不明显的是( D )。
A.湿度B.电源频率C.表面污秽D.大气压强3.下列电介质中属于离子结构的是（ B ）。
A.纤维B.云母C.空气D.变压器油二、填空题：1.夹层极化相当于增大了整个电介质的等值电容。
2.电介质极化的基本形式有电子式极化、离子式极化、偶极子式极化、空间电荷极化（夹层式极化）。
3.εr是表征电介质在电场作用下极化程度的物理量。
- 1 -《高压电技术》4.在电介质的四种极化形式中，无损极化形式有电子式极化、离子式极化。
5.在电介质的四种极化形式中，有损极化形式有偶极子式极化、空间电荷极化（夹层式极化）。
6.选用电容器的绝缘介质时，希望εr 大些，这样可使电容器单位容量的体积和质量减小。
7.电介质的电导是离子性电导，金属的电导是电子性电导。
8.电导率是表征电介质电导强弱程度的物理量。
9.影响液体介质电导的主要因素有电场强度、温度、杂质。
10.固体电介质的电导分为体积电导和表面电导。
11.给电介质加上较低的电压时，介质中的能量损耗有电导损耗和极化损耗。
12.在直流电压作用下，电介质中只有电导损耗。
13.在交流电压作用下，介质中的有功功率P = U2?Ctg? 。
第二章 电介质的弛豫和损耗
电子科技大学School of Micro •扩大用户容量，就必须提高载波频率。
这样，就将移动通信逐步推上了微波频段。
为此需要开发一系列适合于微波范围内具有高性能、高可靠性工作特性的电子材料与元器件。
•中等εr 和Q值的MWDC：主要是以BaTi4O9，Ba2Ti9O20和（Zr、Sn）TiO4等为基的MWDC 材料。
其εr≈40，Q=（6～9）×10下），τf ≤5ppm/°C。
主要用于微波军用雷达及微波通信系统中作为介质谐振器件。
机中作为介质谐振器件。
对于主要用作选频谐振器件的MWDC ，要求εr tg δ小（以保证优良的选频性）好等于2αl ，以τf (=-αl-αε2，式中α胀系数和介质常数的温度系数器件的热稳定性。
E 、P建立，极化机理与静电场极化相同。
极化强度可表示为：P ∞P =联系离子数单位体积内弱ｎ离子振动频率 ν＝０ｑｎ＝Ｐ达到动态平衡时，极化从２位向１位移动的离δ⋅⋅Δ⎢⎢⎣⎡⋅ν⎢⎢⎣⎡⋅νΔΔ－ｅｅｅ令－ｅｅｅ＝－ｋＴＵｋＴＵ－ｋＴ－ｋＴＵｋＴＵ－E e 1kT12nq e 16nxn t⋅−δ=−≈Δ∴τ−τ−）（）（有关，与，，、表示极化快慢的常数电介质松弛极化的时间—的物理意义：、，U T P n 3e 212P P t r kTU rmr Δτ−τν=τττ=∞→能量，这一物理现象称为介质损耗。
T W =损耗能量的一般表达式为：为介质的体积为介质的电导率V VE d E d SRγγγ⋅=⋅⋅⋅=22)(I I I t I rrm m rrm m ωωcos cos cos +=+=∞∞）（无功电流，超前电压π/2无功电流，超前电压π/2δω=δ⋅⋅=⋅=ϕ⋅=tg CU tg Ir U Ia U cos I U W 2电介质的损耗可用损耗角正切电介质的损耗可用损耗角正切I ∞IUϕδ在交变电场下：ε′′−ε′=ε−δε=ε=ε=εj j cos E D E Dm0m 0* Ej +ε′ω=无功电流无功电流E 2W ε′′ω=介质损耗用时间的增加而增加，这种现象称为弛豫现象。
第二章液体、固体电介质的电气性能
2-4 电介质的老化
一、电老化 局部放电;电化学过程 二、热老化 1、IEC规定的电工绝缘材料的耐热等级（7级）： Y（O）、A、E、B、F、H、C 2、热老化的8℃规则、10 ℃规则、12 ℃规则 对A级绝缘，温度每增加8℃，则寿命缩短一半左右。
5、影响电介质电导的主要因素
（1）温度
B
γ AeT
（2）杂质
要注意防潮
6、电介质电导在工程实际中的应用
（1）用来判断绝缘状况
（2）DC作用下，电介质中各层电压分布规律 U 1
U2
G2 G1
（3）表面绝缘电阻的合理应用
a.为了减小表面泄漏电流以提高放电电压，应使表面电阻 增大;
b.为了减小表面局部场强以善电场分布，应使表面电阻适 当减小。
3、介质损耗的计算及指标 （1）DC下 用γ即可表达其损耗特性：
PU2 GU2 R
R—介质的绝缘;G电 —阻 介质的电导
（2）AC下
P U cI o U sC t Ig U 2 C p tg
式中 tgδ——介质损耗因数，常用百分数
表示 ψ——功率因数角 δ——介质损耗角（δ=90°- ψ）
通常采用tgδ而不用P表示电介质的损耗特性，这是因为 ①P与U、C、ω有关，不便于对不同尺寸的同一绝缘材料进
第二章 液体、固体电介质的电气性能
电介质的基本电气性能
极 化—— 相 对 介 电 常 数 εr 电 导—— 电 导 率 γ 损 耗—— 介 质 损 耗 因 数 tgδ 击 穿 —— 击 穿 电 场 强 度bE
2-1 电介质的极化、电导和损耗
一、极化现象及相对介电常数
1、极化的定义
电介质在电场中所发生的
对电容器希望εr大些，对电缆则希望εr小些。 （2）设计交流绝缘结构时，应考虑电场的合理分布。
介质的极化、电导和损耗
高电压技术
第2章 液体的绝缘特性与 介质的电气强度
液体电介质又称绝缘油，在常温下为液态，在 电气设备中起绝缘、传热、浸渍及填充作用，主 要用在变压器、油断路器、电容器和电缆等电气 设备中。在断路器和电容器中的绝缘油还分别有 灭弧和储能作用。
高电压技术
液体电介质的电气强度比气体高；用液体介质代替气体介 质制造的高压电气设备体积小，节省材料；液体介质大多可燃， 易氧化变质，导致电气性能变坏。
高电压技术
1.3 电介质的损耗 ★
1.3.1 电介质的能量损耗 1.3.2 介质损失角正切tgδ 1.3.3 有损介质的等效电路分析 1.3.4 影响介质损耗的因素 1.3.5 讨论tgδ的意义
高电压技术
1.3.1 电介质的能量损耗
在电场作用下没有能量损耗的理想介质不存在， 实际电介质中总有一定的能量损耗，包括由电导引起 的损耗和某些有损极化引起的损耗，总称为介质损耗。
视频链接
特点：在没有外电场时，无极分子没有电偶极矩，分子不显电 性。而在外电场作用下，原来正、负电中心重合的分子，电子 轨道相对于原子核发生偏移，正、负电中心彼此分离。
(2)离子式位移极化
视频链接
特点：离子极化又称为原子极化。无外电场时，介质中大量正 负离子组成的离子对的偶极矩相互抵消。而在外电场作用下，
高电压技术
平板电容器的介电常数
平行平板电容器在真空中的电容量为
C0
0A
d
当极板间插入固体介质后，电容量为 C A 0r A
式中 A－极板面积，cm2；
dd
d－极间距离，cm；ε－介质的介电常数
ε0－真空的介电常数，ε0=8.86×10-14F/cm
定义 r
0
C C0
第二章 介质损耗
19
§2.2 弛豫现象和Kramers-Krönig关系式
一、驰豫现象 1．理想介质 线性介质构成的平板电容器，加上一个脉冲V0，t1~t2(t1+dt)
V
V0
t1
t2
t
Q∞
V
t1
t2
t
I∞
C∞
=
Q∞ V
i∞
=
C∞
dV dt
t1
t2
t
I∞ = −I∞′
I ∞′
20
§2.2 弛豫现象和Kramers-Krönig关系式
i=1
i=1
t
24
4
§2.2 弛豫现象和Kramers-Krönig关系式
如果V (t)是连续的，在du时间内：
Ia
(t
)
=
(Cs
−
C∞
t
)∫ 0
dV (u)
du
⋅ϕ
(t
−
u)⋅
du
令：x ≡ t − u
Ia
(t
)
=
(Cs
−
C∞
t
)∫ 0
dV
(t −
dt
x)
⋅ϕ
(x)⋅
dx
如外加电场持续时间足够长，则积分推广到∞
=
(ε ′ − iε ′′) ⋅ E0eiωt
⋅ iω
= (ε ′′ + iε ′)E0ωeiωt = (ε ′′ + iε ′)ωE
tan δ
=
有功功率 无功功率
=
ε ′′ωE ε ′ωE
=
ε ′′ ε′
ε″ωE为有功电流密度 ε′ωE为无功电流密度
实部：ε′为电介质的电容率，和介电常数一样表示电容性
电介质资料
第一章一节电偶极子：两个大小相等的正、负电荷（+q 和-q ），相距为L ，L 较讨论中所涉及到的距离小得多。
这一电荷系统就称为电偶极子。
电量q 与矢径L 的乘积定义为电矩，电矩是矢量，用μ表示，即 μ=q ·L μ的单位是C ·m 。
二节电介质极化：在外电场作用下，电介质内部沿电场方向产生感应偶极矩，在电介质表面出现极化电荷的现象称为电介质的极化。
束缚电荷（极化电荷）：在与外电场垂直的电介质表面上出现的与极板上电荷反号的电荷。
束缚电荷面密度记为。
退极化电场Ed ：由极化电荷所产生的场强。
它是一个大于1、无量纲的常数，是综合反映电介质极化行为的宏观物理量。
实际上引起电介质产生感应偶极矩的电场称为有效电场或者真实电场，用E e 表示。
感应偶极矩与有效电场E e 成正比，即 极化强度P ：单位体积中电介质感应偶极矩的矢量和，即极化强度P描述电介质极化行为的宏观参数：描述电介质极化行为的微观参数： 宏、微观参数的联系——克劳休斯方程：三节宏观平均场强E 是指极板上的自由电荷以及电介质中所有极化粒子形成的偶极矩共同的作用场强。
对于平板介质电容器，满足：①电介质连续均匀，②介电系数不随电场强度的改变发生变化。
电位移D 的一般定义式。
有效电场：是指作用在某一极化粒子上的局部电场。
它应为极板上的自由电荷以及除这一被考察的极化粒子以外其他所有的极化粒子形成的偶极矩在该点产生的电场。
洛伦兹有效电场的计算模型：电介质被一个假想的空球分成两部分，极化粒子孤立的处在它的球腔中心。
要求：①球的半径应比极化粒子的间距大，这样可以视球外介电系数为ε的电介质为连续均匀的介质，球外极化粒子的影响可以用宏观方法处理; ②球的半径又必须比两极板间距小得多，以保证球外电介质中的电场不因空球的存在而发生畸变。
所以近似认为球内球外的电场都是均匀的。
洛伦兹有效电场的适用范围：气体电介质、非极性电介质（非极性和弱极性液体电介质、非极性固体电介质）、高对称性的立方点阵原子、离子晶体。
2.3材料的介电性能(2)
“雪崩”电击穿理 论
“雪崩”电击穿理论以碰撞电离后自由电子数倍 增到一定数值作为电击穿判据。
“雪崩”电击穿和本征电击穿在理论上有明显 的区别： 本征击穿理论中增加导电电子是继稳态破 坏后突然发生的，而“雪崩”击穿是考虑到高 场强时，导电电子倍增过程逐渐达到难以忍受 的程度，最终介质晶格破坏。
高，介电强度远低于固体介质，所以首先气泡击穿，引
起气体放电（电离）产生大量的热，容易引起整个介质
击穿。
由于在产生热量的同时，形成相当高的内应力，材料也易丧 失机械强度而被破坏，这种击穿称为电一机械一热击穿。
四、电介质的导电性
传导电流 电子电导：载流子电子和空穴，传递电荷（高电场） 离子电导：载流子离子和离子空位，接力式运动传递物质微粒 （低电场）
损耗。（束缚较弱的带电质点的宏观运动引起的能量损耗） （交变电场频率很低时）
极化损耗：由于各种电介质极化的建立所造成的电流引起的损耗。（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）。 共振吸收损耗：对于离子晶体， 外电场的频率等于晶格振动光频波 的频
率，则发生共振吸收。带电质点吸收外电场能量，电介质
离约束而成为自由电荷，电介质变为导电材料）
介电强度：相应的临界电场强度称为，或称为击穿电 场强度。
击穿电压：电介质（或电容器）击穿时两极板的电压。
击穿类型分为三种：热击穿、电击穿、局部放电击穿。
ห้องสมุดไป่ตู้ 击 穿
击穿过程非常复杂，影响因素如下：
内因：固体结构及其分子组成
外因(实验条件)：周围媒质的温度、电压频率、
第二章 材料的电学性能
2.3材料的介电性能 一、电介质极化
二、电介质损耗
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
松弛有功电流Ira
传导有功电流IR
无功电流Ir:
松弛极化的容性充电电流Irr
介质的纯容性充电电流I ∞
4、交变电场下电介质的动态介电常数 介质损耗
介质损耗角正切
与频率 温度 的关系
r，tan，P
r
tan 0 s
0 E2
此时P上升速度最快
( s ) / 2 r
复介电系数的定义：
&
D& E&
i
4．什么是谐振损耗?(色散与吸收)
介电系数随频率的增加而减少的现象，称为色散。
在色散过程中，介质与入射光发生共振吸收将电场 能量转换为介质的热能，此过程称为谐振损耗。
损耗因数随频率的变化关系曲线称为谐振吸收曲线。
谐振损耗发生在红外及更高的光频范围内，因此采 用折射率研究其损耗规律比介电系数更为方便，由 于有损耗的过程中介电系数为复数，折射率也为复 数，其复折射率的定义为
去电场
P (t ) Prme t /
2．描述电容器充放电过程的特征参数有哪些？ （掌握）
稳态电容 C
快极化电容 C
松弛极化电容 Cr
C 0S A
d
C
0 A
d
C C Cr
稳态介电系数 s 光频介电系数
P 0( 1)E Pr 0(S )E P 0(S 1)E
些？（掌握）
1．描述极化过程有哪些特征参数？（掌握）
极化强度 P(t )
快极化强度 P(t ) 瞬间极化
松弛极化强度 Pr (t ) 缓慢式极化
稳定态松弛极化强度 Prm
特征时间
松弛极化时间常数
加电场
P (t ) P(t ) Pr (t ) P(t ) Prm (1 e t / )
2，电流关系
位移极化、松弛极化、电导同时存在时
i
电导
松弛极化
I ap
u
iR
i
iaq
iap
I aq
I
位移极化
等效图 电3-路13 及参数图
Hale Waihona Puke IR IU电流关系
无功电流
A，全电流I 松弛极化电流I’
I
r
B，实际有功电流Ia 无功电流Ir
有功电流
Ia
I’ I 全电流
松弛极化电流
实际有功电流Ia:
课后思考题： 第2题：在交变电场作用下，实际电介质的介电系数
为什么要用复数介电系数来描述。 产生电介质损耗的主要原因有哪些？各有那些特点？ 试叙述德拜弛豫复介电常数 的实部 和虚部 在一定
频率下的温度特性。 第3题：介质的德拜方程为ε=ε∞+(εs-ε∞)/(1+iωτ)回答
下列问题： （1）给出ε`和ε``的频率关系式； （2）给出ε``和tgδ的极值频率。
极板快极化电荷密度
极板松弛极化电荷密度 极板电荷密度
r
r r 0(S )E
极化电流 吸收电流
ir
Ad
dt ia
Ad
dt
0E P
2.3 实际电介质中的介质损耗
E
1．如何求解实际电介质在交 变电场中介质损耗 （了解）
p ( gi )E2
1/ 3 1
1 2
s /
tan g gi 0 r 0
r
p
tan
P
s
tan
s
1 1 上升最快
3
增加的方向
0
ekT
图示:
与温度的关系
T T .
习题
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）
1．什么是电介质的损耗？它有哪些危害和类型？
电介质在外场作用下，将一部分电能转变成热能 的物理过程，称为电介质的损耗。
n& n ik
n2 k2
2nk
5．如何讨论研究谐振色散规律？（了解）
（1）建电子运动方程
无阻尼谐振
m
d 2 X& dt 2
eE&e
KX&
阻尼谐振
m
d 2 X& dt 2
eE&e KX& m
dX& dt
（2）解方程获得位移函数
X&
e m
W IV cos IV sin
W I 2R
W (A E )2 d E 2Ad PAd A
I&
I&C
I&R
(iC
1 R
)V&
W IV cos
W /W IR /IC tan
3．什么是松弛极化损耗？什么是复介电常数？
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。
第二章 电介质的损耗
复习课
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
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）
在谐振点以外较 远的区域随频率 的增加，折射率 增大，称为正常 色散。
反之在其附近区 域随频率的增加 折射率减小称为 反常色散。
在反常色散区， 吸收（损耗）是 明显的。
n 1
k
2.2 极化过程的建立和吸收
1．描述极化过程有哪些特征参数？（掌握） 2．描述电容器充放电过程的特征参数有哪
02
1
2
i
E&e
（3）引入复极化率并计算复极化率与频率的关系
&
E&&
e2 m
02
1
2
i
（3）引入复极化率并计算复极化率与频率的关系
&
E&&
e2 m
02
1
2
i
（4）计算复折射率与频率之间的关系
n&2 1 N& N e2
1
n&2 2 30 30 m 02 2 i
对气体
n&
1
1
20
N
e2 m
02
1
2
i
n&
1
1
20
N
e2 m
02
1
2
i
n
1
Ne 2
20m
(02
02 2 2 )2
22
k
Ne 2
20m
(02
2 )2
22
n 1
k
6．什么是正常谐振色散？什么是反常谐振色散？
2．随频率的变化，变化特征 有哪些？（掌握）
t P
3．随温度的变化，变化特征
Prm
有哪些？（掌握）
4．复介电系数是如何随 变化
P
而变化的？（掌握）
t
极化强度随时间变化关系 总极化强度：
交变电场： 与电场同相
滞后电场π/2
极化电流 位移极化电流:
电流幅值: 松弛极化电流
无功电流
有功电流
主要危害 引起线路信号附加衰减 破坏元器件正常工作直至实效。
损耗类型有 电导损耗 松弛极化损耗 谐振损耗。
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）
由电介质中的载流子在电场作用下作定向漂移形
成传导电流，这部分电流以热的形式消耗掉，称
为电导损耗。 损耗功率 单位体积损耗功率 损耗角正切