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介質損耗與介質損耗因子測量方式

更新時間:2023-03-08      點擊次數:1837

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熱,稱之為介電損耗。在表征電介質材料介電性能時,一般用損耗角正切(tan扮來表示,它與材料因發熱而損耗的能量密切相關。在表征介質材料時,介電常數:和介電損耗tans主要由材料本身的物質屬性所決定,材料的制備工藝及微觀形態會對其介電性能產生不同程度的影響,而外部條件如工作頻率,使用溫度,工作環境等也會影響到材料的介電性能[}2o-zz}。介電損耗的產生主要歸因于兩點:一是在電場作用下電介質所含的導電載流子流動時,需要克服內摩擦力而消耗部分電能,這種損耗稱之為電導損耗;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:


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如果在該電容器兩極板件填滿電介質,并施加交變電場,那么電介質的取向極化不能全追隨外電場的變化,則發生介電損耗,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的關系為:


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我們知道材料的復介電常數表達如下:


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    式1-20中s為復介電常數,E}為與電壓方向成90。方向的分量,稱為介電常數的實部;e為與電壓平行方向的分量,為介電常數的虛部。將1-20代入1-19得:


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    式中,Ic與電壓的相位差為900相位,相當于流過“純電阻"的電流,起的相位角滯后量規定為介電損耗角其與復介電常數的關系為:相當于流過“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,


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    8稱為介質損耗角,介質損耗角正切值tan8稱為介質損耗,用來表征電介質介電損耗的物理量。由上可見,。“正比于tan8,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。在低頻電場中,三種極化都能跟上外電場的變化,電介質不產生損耗;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,從而使電介質發熱,這就產生了介質損耗;當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,取向極化不發生,因而介質損耗急劇下降。由于電子極化和原子極化極快,由它們引起的損耗發生在更高的頻率范圍:原子極化損耗在紅外光譜區;電子極化損耗在紫外光譜區。因此在電頻區,只有取向極化引起的介質損耗。

    介電損耗的物理意義如下。介質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:


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    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損耗值。


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