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介質(zhì)損耗與介質(zhì)損耗因子測量方式
閱讀：1562發(fā)布時間：2023-3-8
介電損耗：
介電材料在交變電場中極化時，因極化方向的變化而損耗部分能量并發(fā)熱，稱之為介電損耗。在表征電介質(zhì)材料介電性能時，一般用損耗角正切(tan扮來表示，它與材料因發(fā)熱而損耗的能量密切相關(guān)。在表征介質(zhì)材料時，介電常數(shù):和介電損耗tans主要由材料本身的物質(zhì)屬性所決定，材料的制備工藝及微觀形態(tài)會對其介電性能產(chǎn)生不同程度的影響，而外部條件如工作頻率，使用溫度，工作環(huán)境等也會影響到材料的介電性能[}2o-zz}。介電損耗的產(chǎn)生主要歸因于兩點:一是在電場作用下電介質(zhì)所含的導(dǎo)電載流子流動時，需要克服內(nèi)摩擦力而消耗部分電能，這種損耗稱之為電導(dǎo)損耗;另一原因是偶極的取向極化松弛引起的。對非極性高聚物來說，電導(dǎo)損耗可能是主要的，對于極性高聚物而言后一介電損耗則是主要部分。
我們以電容器的能量損耗為例研究介電損耗，假設(shè)有一個電容量為C。的真空電容器，在兩極上施加一個頻率為。，電壓為V的交變電壓，其電壓表達(dá)式為:V=Vne`m，則流過真空電容器的電流總是超前電壓相位900為:
如果在該電容器兩極板件填滿電介質(zhì)，并施加交變電場，那么電介質(zhì)的取向極化不能全追隨外電場的變化，則發(fā)生介電損耗，此時通過電容器的電流工‘與電壓的相位差是cp=900-8，工‘與外加電壓V的關(guān)系為:
我們知道材料的復(fù)介電常數(shù)表達(dá)如下:
式1-20中s為復(fù)介電常數(shù)，E}為與電壓方向成90。方向的分量，稱為介電常數(shù)的實部;e為與電壓平行方向的分量，為介電常數(shù)的虛部。將1-20代入1-19得:
式中，Ic與電壓的相位差為900相位，相當(dāng)于流過“純電阻"的電流，起的相位角滯后量規(guī)定為介電損耗角其與復(fù)介電常數(shù)的關(guān)系為:相當(dāng)于流過“純電容"的電流;L與電壓同即“損耗"電流。將由于介電損耗存在引6，介電損耗角正切用來描述介電損耗程度，
8稱為介質(zhì)損耗角，介質(zhì)損耗角正切值tan8稱為介質(zhì)損耗，用來表征電介質(zhì)介電損耗的物理量。由上可見，?！罢扔趖an8，因此也常用。"來表示材料介電損耗的大小，通常稱:“為介電損耗因子。
在交變電場中，三種極化都是電場頻率的函數(shù)。在低頻電場中，三種極化都能跟上外電場的變化，電介質(zhì)不產(chǎn)生損耗;隨著電場頻率的增加，首先是取向極化跟不上電場的變化。這時電介質(zhì)放出的能量小于吸收的能量，這個能量消耗于克服偶極子取向時所受的摩擦阻力，從而使電介質(zhì)發(fā)熱，這就產(chǎn)生了介質(zhì)損耗;當(dāng)電場頻率進一步提高時，偶極子的取向極化全跟不上電場的變化，取向極化不發(fā)生，因而介質(zhì)損耗急劇下降。由于電子極化和原子極化極快，由它們引起的損耗發(fā)生在更高的頻率范圍:原子極化損耗在紅外光譜區(qū);電子極化損耗在紫外光譜區(qū)。因此在電頻區(qū)，只有取向極化引起的介質(zhì)損耗。
介電損耗的物理意義如下。介質(zhì)電容器損耗的功率大小P表示為P=VIcoscp,由于coscp=sin8，因此P=VIsinB=VI}tan}，同時存在:
由式1-23可以看出，理想電容器(即真空電容器):tan8 -0，無能量損失。因此小的損耗角正切值表示能量損耗小。對絕緣材料或做電容器的聚合物材料，一般要求它的介電損耗越小越好，否則會引起材料本身發(fā)熱，加速材料老化。反之，如果需要對高聚物高頻加熱進行干燥、模塑或高頻焊接，則要求高聚物具有較高的介質(zhì)損耗值。
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