电介质物理课件(2005-2).pdf

1 第二章第二章第二章第二章 交变电场中电介质的损耗交变电场中电介质的损耗交变电场中电介质的损耗交变电场中电介质的损耗 1 1 介质损耗和复介电系数介质损耗和复介电系数 2 2 弛豫现象和弛豫现象和KramersKramers KrKr nignig关系式关系式 3 3 德拜方程德拜方程 4 4 电介质的弛豫机构电介质的弛豫机构 5 5 多弛豫时间的情况多弛豫时间的情况 6 6 复合介质的极化和损耗复合介质的极化和损耗 2 1 2 1 介质损耗和复介电系数介质损耗和复介电系数 一一 介质损耗介质损耗 1 1 定义定义 电介质在电场作用下电介质在电场作用下 单位时间内单位时间内 每单位体积每单位体积 中中 将电能转化为热能而消耗的能量将电能转化为热能而消耗的能量 2 2 作用作用 有害有害 介质发热介质发热 a a 导致元件参数的改变导致元件参数的改变 引起电路性引起电路性 能的不稳定能的不稳定 b b 引起介质老化引起介质老化 甚至造成介质的热甚至造成介质的热 击穿破坏击穿破坏 最后失效最后失效 有利有利 高频感应加热高频感应加热 3 3 表征表征 a a 以单位时间内以单位时间内 单位体积中介质损耗的能量单位体积中介质损耗的能量 b b 以损耗角正切值以损耗角正切值tgtg 表示表示 4 4 计算计算 1 1 直流电场下直流电场下 不存在介质极化损耗不存在介质极化损耗 a a 理想介质时理想介质时 没有漏电流产生没有漏电流产生 也就没有的损耗也就没有的损耗 b b 实际介质时实际介质时 存在漏导存在漏导 电阻不是无穷大电阻不是无穷大 单位时间内介质的能量损耗单位时间内介质的能量损耗 单位时间单位时间 单位体积单位体积 消耗的能量消耗的能量 V C VERUP V 2 2 EjE V P p VV 2 I IC IR 对实际介质对实际介质 存在存在 漏电流漏电流 在直流电在直流电 场下场下 将会造成介将会造成介 质损耗质损耗 理想介质理想介质 实际介质实际介质 漏导损耗与温度的关系漏导损耗与温度的关系 2 2 交变电场下交变电场下 a a 理想介质理想介质 只有快极化只有快极化 对于平板电容器对于平板电容器C C0 0 电压设为电压设为 电流超前电压电流超前电压 2 2 极化不消耗能量极化不消耗能量 C I I 2 C VV 00 2 wti eVWCdtdQtI V C C I ti eVtV 0 b b 实际介质实际介质 有损耗存在有损耗存在 分两种情况分两种情况 只计快极化和漏电导时只计快极化和漏电导时 R C V C I R I I I C I R I V WRCI I tg C R 1 无功分量 有功分量 VGci RC III 2 同时计及快同时计及快 慢极化和漏电导时慢极化和漏电导时 R 0 C V a C a R ak I R I I V 0C I ac IaIB C R C aR CaC RaR C A I I I I II II I I tg 0 无功分量 有功分量 IaCaRa 11 1 222222 22 aCaR aa a aa aa a a jII V CWR WC j CWR CWR WC jR V I VjWC jWC V I C0 0 0 1 222 00 2 1 aaa aa C aR CWRCCC WCR I I tg i i 慢极化支路慢极化支路 tgW CC WC WCCC WC tg a a a a 0 22 00 1 tgW WC C WCCC WC tg a a a 1 0 22 00 1 低频时 高频时 fWCR tg V 2 1 2 21 tgtgtg 总损耗总损耗 iiii 漏电支路漏电支路 1 1 极化跟得上的电场变化不产生能量损耗极化跟得上的电场变化不产生能量损耗 D D E E同相位同相位 则则 一个周期内能量损失一个周期内能量损失平平均值均值 t cos 0 EE tt r coscos 00 DEED 0 2 cos 0 t dt d S I D D j 0cossin 2 1 2 0 00 2 0 dttt w dt T W w T EDEj 二二 复介电系数复介电系数 t cos 0 EE cos 0 tDD sin 2 sincoscossin 2 1 00 2 0 2 00 2 0 ED EDEj w dtttdt T w w T D D落后于落后于E E 则则 dt d D j 2 2 极化跟不上电场变化极化跟不上电场变化 产生能量损耗产生能量损耗 一个周期内能量损失平均值一个周期内能量损失平均值 3 3 3 复介电常数复介电常数 根据电介质有关理论根据电介质有关理论 D D E E 则则 ti eEE 0 0 ti eDD ED i E D i E D i E D e E D eE eD E D i ti ti sincos sincos 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 sincos 0 0 0 0 E D E D 有有 在在直流电场下直流电场下 E D ED 0 同相 与 实数实数 复介电常数 设设 物理意义物理意义 根据根据 实部实部 为电介质的电容率为电介质的电容率 和介电常数一样表示电容性和介电常数一样表示电容性 虚部虚部 为损耗因子为损耗因子 表示介质中能量损耗大小表示介质中能量损耗大小 w w 0 0 s s是静态介电常数是静态介电常数 Ei weEi ieEi dt dE dt Ed dt dD j ti ti 0 0 wE wE tg 无功功率 有功功率 w wE E为有功电流密度为有功电流密度 w wE E为无功电流密度为无功电流密度 在电场的作用下在电场的作用下 极化的建立需要经过一定的时间才极化的建立需要经过一定的时间才 能达到平衡状态能达到平衡状态 如电子位移极化和离子位移极化需时如电子位移极化和离子位移极化需时 短短 松弛极化松弛极化 如偶极矩转向和热离子极化需时较长如偶极矩转向和热离子极化需时较长 对对 静电场来说是有足够的时间让极化建立起来静电场来说是有足够的时间让极化建立起来 E t E P P 2 2 2 2 弛豫现象和弛豫现象和KramersKramers KrKr nignig关系式关系式 在交变电场作用下的电介质极化行为在交变电场作用下的电介质极化行为 情况就情况就 不同了不同了 在交变电场中在交变电场中 极化的方向随电场的方向极化的方向随电场的方向 变化而变化变化而变化 如电场的频率很高如电场的频率很高 极化可能就跟不极化可能就跟不 上电场的变化上电场的变化 一般的无线电工作频率一般的无线电工作频率 在其周期内在其周期内 位移极化位移极化 电子电子 离子离子 仍有足够的时仍有足够的时 间建立间建立 极化机理与静电场极化相同极化机理与静电场极化相同 极化强度可表示极化强度可表示 为为 E 1 P 0 而松弛极化而松弛极化 慢极化慢极化 如偶极矩转向极化如偶极矩转向极化 热离热离 子极化子极化 就可能跟不上电场的变化就可能跟不上电场的变化 其极化就不其极化就不 再象在静电场那样再象在静电场那样 而是出现一与时间有关的松而是出现一与时间有关的松 弛极化强度弛极化强度 于是于是 在交变电场下电介质的极化强度可表示为在交变电场下电介质的极化强度可表示为 r PPP 极化强度随时间的变化极化强度随时间的变化 P Pr r t t时间关系时间关系 加电场时加电场时 去电场时去电场时 f f 0 0时时 不存在滞后现象不存在滞后现象 只研究介质的静态特性只研究介质的静态特性 f f 0 0时时 存在滞后现象存在滞后现象 则研究介质的研究动态特性则研究介质的研究动态特性 1 t rmr ePP t rmr ePP 4 1 1 理想介质理想介质 1t2t t 0 V V 1t2t t Q 1t2t t V I I 线性介质构成的平板电容器线性介质构成的平板电容器 加上一个脉冲加上一个脉冲V V0 0 t t1 1 t t2 2 t t1 1 dt dt V Q C dt dV Ci II 一一 驰豫现象驰豫现象2 2 实际介质实际介质 驰豫现象驰豫现象 在介质中由慢极化形成了滞在介质中由慢极化形成了滞 后于电压并随时间增加而衰减后于电压并随时间增加而衰减 的吸收电流的现象的吸收电流的现象 3 3 吸收电流的计算吸收电流的计算 t t 吸收电流随时间变化的规律吸收电流随时间变化的规律 称为后效函数称为后效函数 t t 的性质的性质 t t 在时间由在时间由0 0 应当归一化的应当归一化的 t t 作用于作用于Ia tIa t 表示电流是衰减的表示电流是衰减的 最后为最后为0 0的系数的系数 t t 与电容器的形态和外加电压无关与电容器的形态和外加电压无关 与电介质的化学结与电介质的化学结 构成份和结构与温度有关的函数构成份和结构与温度有关的函数 tVCC dt tdf VCC dt tdQ fI tVfCCtfQQtQ ss a a ssa 这一过程同时伴随一随时这一过程同时伴随一随时 间而衰减的电流间而衰减的电流 称为称为吸收电吸收电 流流 或剩余电流或剩余电流 如1dt e 1dt t 0 t 0 二二 随时间变化的电压与电流及电介质中的全电流随时间变化的电压与电流及电介质中的全电流 U t t1t2 t3t4 U t U t1 U t2 tt t U CC tt I tt t U CC tt I tt t U CC tt I Hopkinson iisii 22s22 11s11 迭加原理由 tt t U CC tt I t I i i 1i i i 1i Siia dxx dt xtdU CCtI dxx dt xtdU CCtI utx duut du udU CCtI dutU sa t sa t sa 够长 则积分推广到如外加电场持续时间足 令 时间内 是连续的 在 如果 0 0 0 t UGdx x dt xt dU CC dt t dU C t I 0 s 全电流公式全电流公式 5 1 1 瞬时充电电流瞬时充电电流 2 2 吸收电流吸收电流 3 3 贯穿电导电流贯穿电导电流 4 4 全电流全电流 2 2 吸引电流吸引电流 3 3 漏导电流漏导电流 4 4 总电流总电流 5 5 绝缘电阻绝缘电阻 1 1 位移电流位移电流 三三 KramersKramers KrKr ningning关系式关系式 目的目的 研究复介电常数的频率特性研究复介电常数的频率特性 关键关键 在于后效系数的确定在于后效系数的确定 过程过程 利用全电流公式利用全电流公式 0 tGVdxx dt xtdV CC dt tdV CtI s 有有 0 tEdxx dx xtdE dt tdE tj s 设暂不考虑漏导 ti eEE 0 00 0 sin cos xdxxExdxxEi dxexEiEitj ss xi s EiEij 而而 有有 0 dxex xi s C s S s 或或 0 cos xdxxC 0 sin xdxxS 令令 应用傅立叶变换 0 cos 2 xdx s 0 sin 2 xdx s 由由 C s 得到得到 00 cossin 2 xdxxd 改变积分式的次序 积分得到 0 22 2 d 0 sin 2 xdx s 0 22 2 d 同理得到同理得到 意义意义 对任何含有松驰极化的介质都适用对任何含有松驰极化的介质都适用 相互关联相互关联 实验中要知道实验中要知道 中任何一个频中任何一个频 率变化特性率变化特性 可求出另一个可求出另一个 虽然公式相关虽然公式相关 但是没有具体的解析式但是没有具体的解析式 特殊地特殊地 W W 0 0 静态相对介电常数静态相对介电常数 d 0 2 0 3 3 3 3 德拜方程德拜方程 虽然虽然KramersKramers KrKr ningning公式描述了复介电常数的频公式描述了复介电常数的频 率关系率关系 但因为没有确定的弛豫函数但因为没有确定的弛豫函数 所以并没有得到所以并没有得到 具体的表达式具体的表达式 1 1 方程推导方程推导 对松弛极化对松弛极化 热离子热离子 偶极矩转向偶极矩转向 t et 1 与电介质的化学组成与电介质的化学组成 物理状态及温度条件有关物理状态及温度条件有关 代入代入KramersKramers KrKr ningning关系式关系式 22 0 1 1 cos xdxxwC 22 0 1 sin xdxxwS 6 22 22 22 1 1 1 s s s s tg 德拜方程德拜方程德拜方程德拜方程 2 2 介质的频率特性介质的频率特性 的关系的关系 的关系的关系 tgtg 的关系的关系 1 1 2 1 When big very is 1 small is 1 1 22 22 22 s ss s When When s s 2 1 2 2 1 02 1 have 0 1 2 1 From point maximum a hasmust So 0 When 0 0 1 m 2322 22 2322 22 We whenWhen s s 2 s 321 TTT 1 m 增加的方向移动向 T e m kT U 1 2 1 s s 1 tg 0 tg 0 tg 0 tg 3 m 22 s 的最大值点在 321 TTT tg s s 2 s 1 tg s s 2 2 s s 2 s s 1 1 7 德拜方程的讨论德拜方程的讨论德拜方程的讨论德拜方程的讨论 而形成介质的损耗 总是伴随着能量的吸收弥散区 介质弥散区 这个区域成为 介质出现极大值 变化迅速 和时 当 1 2 耗 极化不存在 故没有损 当于松弛松弛极化无法建立 相 当 这时电介质没有损耗 当 0 tg0 1 0 tg0 1 1 s 时达到最大 则在而损耗达到最大值 时 当 s tg 1 3 2 2 介质的温度特性介质的温度特性 1 T关系关系 1 1 1 2 2 1 2 22 T B s eBT A 123 1 2 3 T T 0 T T很小时 T A T 很大 无规则运动 热运动使分子 向 具有热动能而可能转 分子 解冻 被 冻结 松弛极化低温区 变化的物理意义 T 3 T T 2 1 max T T B T B s eB eB T A 2 22 1 1 22 1 1 T B 1 eB A T 很小 T A T eBA T T B 1 很大 321 T 2 2 T T关系关系 3 tg T的关系的关系 T B T B eBTA eBTA 2 2 1 2 1 tan 321 T tg 321mmm TTT 3 3 柯尔柯尔 柯尔图柯尔图 22 22 1 1 1 s s 由德拜方程 2 2 2 22 ss 0 2 s 2 s 2 2 1 0 0 0 max s s s 8 2 4 2 4 电介质的弛豫机构电介质的弛豫机构 热离子极化热离子极化热离子极化热离子极化 缺陷区缺陷区 联系离子数 单位体积内弱 离子振动频率 间距 1 UU 设设 强度 达到动态平衡时 极化 子数 从 位向 位移动的离 子数 从 位向 位移动的离 在单位时间里 为 轴正向的可移动离子数沿 当 时 x 令 时 当 t Ae C t ln t kT U kT U kT U kT U Aen ee een 6 即 t Aen kT Un 2 2 6 e1 P e1 E kT12 nq nqP t rm t 22 r t Aen kT Un 2 2 6 A kT Un 2 2 6 9 表示极化快慢的常数 常数电介质松弛极化的时间 的物理意义 有关 与时间 讨论 kT U rmr r r e PPt Pnt tPn 2 1 2 00 1 Pr t Pr t P P Pr P Pr 小 大 2 5 2 5 多弛豫时间的情况多弛豫时间的情况 一一 依据依据 对于理想的单晶对于理想的单晶 松弛时间常数是单一的松弛时间常数是单一的 但对于但对于 实际介质实际介质 如非晶如非晶 掺杂掺杂 材料的非均匀等材料的非均匀等 其时间常其时间常 数就不是单一的了数就不是单一的了 二二 的分布的分布 的分布几率 内在表示 的相对分布几率 即 是 表示 的分布可用分布函数 f 1 ddf f 0 1 df f 为归一化函数 满足 2 f d 三三 多弛豫的弛豫函数多弛豫的弛豫函数 d f et e df td et t t t 1 0 则 多弛豫时为 在单弛豫时 四四 多弛豫介质的德拜方程多弛豫介质的德拜方程 tan 1 1 1 0 0 22 0 22 j df j df df s s s ln 单 多 积 单弛豫函数的峰积分面 s s s d d dS 2 1 ln 1 ln 0 22 0 22 0 1 积 多弛豫机构的峰积分面 s s s df d df dS 2 2 1 ln 0 00 22 0 2 几种实际介质的柯尔几种实际介质的柯尔 柯尔图柯尔图 0 2 s 2 s 10 柯尔柯尔 柯尔引出一个角度柯尔引出一个角度 设用这类的角的表式设用这类的角的表式 来定义来定义 符号符号 2 2 R max s 的分散程度 表示松弛时间柯尔指数 Index Cole 柯尔柯尔 柯尔图修正柯尔图修正 ColeCole ColeCole给出了具有弛豫机构的介质特性的修正式给出了具有弛豫机构的介质特性的修正式 在上式中在上式中 是个常数是个常数 其值在其值在0 0与与1 1之间之间 即即0 0 1 1 当当 0 0时时 则为德拜方程式则为德拜方程式 当当 0 0即相当于非单一松弛时间的弛豫分布即相当于非单一松弛时间的弛豫分布 值越大值越大 松弛时间分布越宽松弛时间分布越宽 1 1i s i i s 1 1 21 1 1 21 1 2 sin 21 2 cos 1 2 sin 21 2 sin 1 s s 分开实部和虚部 2 2 2 2 cos 1 2222 sss tg 实际介质等效电路实际介质等效电路 cj 化 极 快 化 极 慢 I 漏导 实际介质中的电流矢量图实际介质中的电流矢量图 ip jicj cp j cj j 0 2 6 2 6 计及漏电导时的介质损耗计及漏电导时的介质损耗考虑漏导电流后的介质损耗与频率考虑漏导电流后的介质损耗与频率 温度关系温度关系 1 1 1 tg 即 当 当 的关系 s tEj tEtEj S tI tJ tg 11 a a 为松弛极化部分为松弛极化部分 b b 为漏导部分为漏导部分 321 TTT tg lg a b 增加 s 321 tan T T B Ae T 的关系 tan 2 62 6复合介质的极化和损耗复合介质的极化和损耗 一一 均匀复合介质的介电常数均匀复合介质的介电常数 ii i i i i K ii K C K C K K i iC C 1 1 1 分布时 当复合介质以并联形式 分布时 当复合介质以串联形式 复合介质的分布常数 的介电常数 介质 的体积浓度 介质 为 介电常数对多元体系复合介质 ii i ii C dCd K lnln 0 50 串 并联各占 如介质为均匀复合 即 二二 并联复合介质的极化和损耗并联复合介质的极化和损耗 E 21 2211 2211 222111 2211 2211 2 2 1 1 2 2 1 1 2 2 1 1 21 tantantantan tan CC CC SS SS SS SS S S S S j S S S S S S S S CCC 2211 212121 2 m tantantanC tanU W CC CCCWWWCC C UC m 并联时 当 损耗为 时 频率为 当外加电压幅值为对电容器 21 2211 tantan tan CC CC 12 三三 串联复合介质的极化和损耗串联复合介质的极化和损耗 2211 2121 21 tantantan 1 CUCUCU WWWtUtUtU tU C 1 C 1 C 1 0 2 m2 2 m1 2 m 21 即 作用下 在电压 极化损耗 忽略电导或 111 tan 222 tan 1 d 2 d 从方程可解得 同时 边界条件 221121 221121 EEDD dEdEUUU mmm 21 2112 tantan tan CC CC 22 2 211 2 1 2 tantantan CUCUCU mmm 222111 21 21 0 2 EJEJb DDta WagnerMaxwell 间后 当电压作用相当长时 时刻 在 后 考虑介质的电导率在串联复合介质中 当 夹层效应 1221 1 2 1221 2 1 dd U E dd U E U dd E dt dE GG CC dd dd U dd E dd dd dt dE dEdEU dt dE E dt dE EJ 则 令 代入 将 是连续的 因此有 双层介质界面上的电流 12210 2 1 1 21 21 1221 12210 12210 2 1 12210 12211 2211 2 2022 1 1011 1 介质的总电流密度为 解方程后可得通过双层 t U dddd dd U dd Jexp 1221 2 1221 21 2 1221 1221 21 可以看出可以看出 总电流密度由两部分组成总电流密度由两部分组成 J JJ JR R J Ja a J JR R 漏导电流漏导电流 与与t t无关无关 由介质的电导决定由介质的电导决定 J Ja a 吸收电流吸收电流 由界面的集聚电荷引起并随时间呈指数下由界面的集聚电荷引起并随时间呈指数下 降的电流降的电流 由由由由界面自由电荷的缓慢集聚所形成的类似松弛极化的极化界面自由电荷的缓慢集聚所形成的类似松弛极化的极化界面自由电荷的缓慢集聚所形成的类似松弛极化的极化界面自由电荷的缓慢集聚所形成的类似松弛极化的极化 和损耗和损耗 称为称为和损耗和损耗 称为称为MaxwellMaxwell WagnerWagner夹层效应夹层效应 夹层效应夹层效应 结论结论 1 1 并联介质只存在极化损耗和漏导损耗并联介质只存在极化损耗和漏导损耗 2 2 串联介质的总损耗包括三个部分串联介质的总损耗包括三个部分 极化损耗极化损耗 tantan 1 1 tantan 2 2 电导损耗电导损耗 1 1 1 1 2 2 2 2 夹层损耗夹层损耗 思考题思考题 1 1 为什么并联时没有夹层式为什么并联时没有夹层式 极化极化 2 2 如图所示复合介质有哪些如图所示复合介质有哪些 极化形式极化形式 13 电介质的全频色散关系电介质的全频色散关系 任何极化形式的极化快慢都是相对的任何极化形式的极化快慢都是相对的 在无线电频率范围在无线电频率范围 偶极矩转向偶极矩转向 热离子热离子 极化会出现色散现象极化会出现色散现象 松弛色散松弛色散 在光频范围在光频范围 电子位移极化电子位移极化 离子位移极离子位移极 化同样会出现色散化同样会出现色散 谐振色散谐振色散 1 6 1 5 1 4 1 3 1 2 1 低频低频音频音频射频射频红外红外紫外紫外 Hzf 1 电子位移极化电子位移极化 2 离子位移极化离子位移极化 3 自发极化自发极化 4 偶极矩转向极化偶极矩转向极化 5 热离子极化热离子极化 6 夹层式极化夹层式极化 气体介质的极化和损耗气体介质的极化和损耗 气体是各向同性的气体是各向同性的 在压力不太大的在压力不太大的 条件下条件下 分子间的距离很大分子间的距离很大 在常温下在常温下 分子按布朗规律运动分子按布朗规律运动 分子在空间各点出分子在空间各点出 现的几率相等现的几率相等 MosottiMosotti内电场适用于气内电场适用于气 体介质体介质 EEi 3 2 一一 非极性气体非极性气体 极化形式极化形式 电子位移极化电子位移极化 介质损耗介质损耗 无松弛极化损耗无松弛极化损耗 只有电导损耗只有电导损耗 9 00 17 105 0tan 50 108 0 0025 1 解 下的介质损耗角正切 求在 气的介电常数为例 在标准状态下的空 HzmS 二二 极性气体极性气体 极化形式极化形式 电子位移极化电子位移极化 偶极矩转向极化偶极矩转向极化 损耗形式损耗形式 也只有电导损耗也只有电导损耗 三三 结论结论 气体介质损耗小气体介质损耗小 只有由电导引起只有由电导引起 的很小的损耗的很小的损耗 可看作是无损耗的理想可看作是无损耗的理想 介质介质 应用应用 可变电容器可变电容器 标准电容器标准电容器 缺点缺点 介电常数小介电常数小 电容量小电容量小 液体介质的极化和损耗液体介质的极化和损耗 一一 非极性和弱极性液体介质非极性和弱极性液体介质 弱极性弱极性 0 0 0 5D 0 5D 极化形式极化形式 主要为电子位移极化主要为电子位移极化 损耗损耗 电导损耗电导损耗 tantan 1010 4 4 应用应用 有较小的有较小的tantan 及很高的及很高的击穿电压击穿电压 但但 2 52 5较小较小 可用作高压绝缘材料可用作高压绝缘材料 如高如高 压电器的浸渍剂压电器的浸渍剂 高压电缆油高压电缆油 电力电电力电 容器油容器油 变压器油变压器油 绝缘漆等绝缘漆等 14 二二 极性液体介质极性液体介质 中极性液体中极性液体 0 5D 0 5D 0 0 1 5D1 5D 1 5D 极化形式极化形式 电子位移极化电子位移极化 偶极矩转向极偶极矩转向极 化化 对强极性液体主要是偶极矩转向极对强极性液体主要是偶极矩转向极 化化 极性液体分子间有强烈的相互作用极性液体分子间有强烈的相互作用 s s s s m m s s s n n 22 tan tantan tan 0 2 2 出现最大值时 当 如 036 0085 0tan7 22 3 22 037 0tan4 20 5 2 2 实验值 计算 松香 实验值 计算 例 苏伏油 ms ms n n ln 单 多 误差原因误差原因 1 1 由于采用单一时间常数代替极性液体介质的分布时由于采用单一时间常数代替极性液体介质的分布时 间常数间常数 2 2 将有效电场设为宏观电场将有效电场设为宏观电场 12 12 312 3 0 理论由极性液体的 N EE Onsager i 固体介质的极化和损耗固体介质的极化和损耗 一一 无机晶体介质的极化和损耗无机晶体介质的极化和损耗 如碱卤晶体如碱卤晶体 NaClNaCl 石英和云母等石英和云母等 这些晶体具有这些晶体具有 对称立方结构对称立方结构 极化形式极化形式 只有位移极化只有位移极化 电子电子 离子离子 损耗损耗 电导电导 在在50Hz50Hz tantan 1010 4 4 tan 材料的结构缺陷也会引起材料的结构缺陷也会引起 频谱如图所示的变化频谱如图所示的变化 玻璃主要有硅玻璃玻璃主要有硅玻璃 SiOSiO2 2 硼玻璃硼玻璃 B B2 2O O3 3 玻璃为玻璃为 有软化点有软化点 没有固定熔点的网状无定形结构材料没有固定熔点的网状无定形结构材料 常见的玻璃常见的玻璃 1 1 纯玻璃纯玻璃 直接由氧化硅直接由氧化硅 硼熔制而成硼熔制而成 2 2 碱玻璃碱玻璃 加一价的碱金属加一价的碱金属 3 3 无碱玻璃无碱玻璃 加二价的碱土金属加二价的碱土金属 玻璃的玻璃的损耗损耗 i i 电导损耗电导损耗 高温区高温区 ii ii 杂质松弛损耗杂质松弛损耗 iii iii 结构式损耗结构式损耗 低温区低温区 二二 玻璃中的极化和损耗玻璃中的极化和损耗 1 1 纯玻璃纯玻璃 直接由氧化硅直接由氧化硅 硼熔制而成硼熔制而成 tantan 10 10 4 4 2 2 碱玻璃碱玻璃 为了改善玻璃的强度为了改善玻璃的强度 通常在玻璃中加入碱金属通常在玻璃中加入碱金属 使玻璃的网状长链变成短链使玻璃的网状长链变成短链 但这也同时增大了松弛极但这也同时增大了松弛极 化和松弛损耗化和松弛损耗 由于这种短链结构由于这种短链结构 使电子运动的可能使电子运动的可能 性增大性增大 电导率和电导损耗也增加电导率和电导损耗也增加 0 100KT tan 结构式 损耗 杂质 电导 15 改善方法改善方法 中和效应中和效应 压抑效应压抑效应 中和效应中和效应中和效应中和效应 当玻璃中碱金属当玻璃中碱金属 氧化物的总浓度较高氧化物的总浓度较高 而用而用 另一种碱金属来部分取代另一种碱金属来部分取代 总浓度保持不变总浓度保持不变 可降可降 低玻璃的电导率和损耗低玻璃的电导率和损耗 这这 种效应称为种效应称为 中和效应中和效应 压抑效应压抑效应压抑效应压抑效应 在碱金属氧化物玻璃中在碱金属氧化物玻璃中 加入二价碱土金加入二价碱土金 属氧化物属氧化物 CaOCaO BaOBaO等等 由于二价碱土金属可使玻由于二价碱土金属可使玻