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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。
频率依赖:介电常数与介电损耗
在交变电场的作用下
在上图的电场作用下
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。
01
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。
02
相对介电常数:
2
3
1
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。
。
The dielectric medium behaves like an ideal (lossless) capacitor of capacitance C which is in parallel with a conductance Gp.
2、在交变电场中的电介质
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 :
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)。
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