第二章__电介质损耗

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《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? 。

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。