介电常数与耗散因素间的关系

介电常数与耗散因数间的关系

介电常数又称电容率或相对电容率，是表征电介质或绝缘材料电性能的一个重要数据，常用ε表示。介质在外加电场时会产生感应电荷而削弱电场，原外加电场(真空中)与最终介质中电场比值即为介电常数。其表示电介质在电场中贮存静电能的相对能力，例如一个电容板中充入介电常数为ε的物质后可使其电容变大ε倍。介电常数愈小绝缘性愈好。如果有高介电常数的材料放在电场中，场的强度会在电介质内有可观的下降。介电常数还用来表示介质的极化程度，宏观的介电常数的大小，反应了微观的极化现象的强弱。气体电介质的极化现象比较弱，各种气体的相对介电常数都接近1，液体、固体的介电常数则各不相同，而且介电常数还与温度、电源频率有关有些物质介电常数具有复数形式，其实部即为介电常数，虚数部分常称为耗散因数。

通常将耗散因数与介电常数之比称作耗散角正切，其可表示材料与微波的耦合能力，耗散角正切值越大，材料与微波的耦合能力就越强。例如当电磁波穿过电解质时，波的速度被减小，波长也变短了。

介质损耗是指置于交流电场中的介质，以内部发热的形式表现出来的能量损耗。介质损耗角是指对介质施加交流电压时，介质内部流过的电流相量与电压向量之间的夹角的余角。介质损耗角正切是对电介质施加正弦波电压时，外施电压与相同频率的电流之间相角的余角δ的正切值--tgδ. 其物理意义是：每个周期内介质损耗的能量//每个

周期内介质存储的能量。

介电损耗角正切常用来表征介质的介电损耗。介电损耗是指电介质在交变电场中,由于消耗部分电能而使电介质本身发热的现象。原因是电介质中含有能导电的载流子,在外加电场作用下,产生导电电流,消耗掉一部分电能,转为热能。任何电介质在电场作用下都有能量损耗，包括由电导引起的损耗和由某些极化过程引起的损耗。

用tgδ作为综合反应介质损耗特性优劣的指标，其是一个仅仅取决于材料本身的损耗特征而与其他因素无关的物理量，tgδ的增大意味着介质绝缘性能变差，实践中通常通过测量tgδ来判断设备绝缘性能的好坏。

由于介电损耗的作用电解质在交变电场作用下将长生热量，这些热会使电介质升温并可能引起热击穿，因此，在绝缘技术中，特别是当绝缘材料用于高电场强度或高频的场合，应尽量采用介质损耗因数，即电介质损耗角正切tgδ较低的材料。但是，电介质损耗也可用作一种电加热手段，即利用高频电场（一般为0.3--300兆赫兹）对介电常数大的材料（如木材、纸张、陶瓷等）进行加热。这种加热由于热量产生在介质内部，比外部加热速度更快、热效率更高，而且热均匀。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）。

在绝缘设计时，必须注意材料的tgδ值。若tgδ过大则会引起严重发热，使绝缘材料加速老化，甚至导致热击穿。

一下例举一些材料的ε值：

石英-----3.8 绝缘陶瓷-----6.0 纸------70 有机玻璃------2.63 PE-------2.3 PVC--------3.8

高分子材料的ε由主链中的键的性能和排列决定

分子结构极性越强，ε和tgδ越大。

非极性材料的极化程度较小，ε和tgδ都较小。

当电介质用在不同场合时对介电常数与耗散因素的大小有不同的要求。做电容介质时ε大、tgδ小；对航空航天材料而言，ε要小tgδ要大。

另外要注意材料的极性越强受湿度的影响越明显。主要原因是高湿的作用使水分子扩散到高分子的分子之间，使其极性增强；同时潮湿的空气作用于塑料表面，几乎在几分钟内就使介质的表面形成一层水膜，它具有离子性质，能增加表面电导，因此使材料的介电常数和介质损耗角正切tgδ都随之增大。故在具体应用时应注意电介质的周围环境。

电介质在现代生活中经常被用到，而介电常数与耗散因素是电介质的两个重要参数，根据不同的要求，应当选用具有不用介电常数与耗散因数的材料，以达到最佳的效果。同时还应当注意外界因素对介电常数与耗散因数的影响。