介電常數(shù)與好三因素間的關(guān)系

1、介電常數(shù)與耗散因數(shù)間的關(guān)系介電常數(shù)又稱電容率或相對(duì)電容率， 是表征電介質(zhì)或絕緣材料電 性能的一個(gè)重要數(shù)據(jù)，常用 £表示。介質(zhì)在外加電場時(shí)會(huì)產(chǎn)生感應(yīng) 電荷而削弱電場，原外加電場（真空中）與最終介質(zhì)中電場比值即為介 電常數(shù)。其表示電介質(zhì)在電場中貯存靜電能的相對(duì)能力，例如一個(gè)電容板中充入介電常數(shù)為£的物質(zhì)后可使其電容變大£倍。介電常數(shù)愈 小絕緣性愈好。如果有高介電常數(shù)的材料放在電場中， 場的強(qiáng)度會(huì)在 電介質(zhì)內(nèi)有可觀的下降。介電常數(shù)還用來表示介質(zhì)的極化程度， 宏觀 的介電常數(shù)的大小，反應(yīng)了微觀的極化現(xiàn)象的強(qiáng)弱。 氣體電介質(zhì)的極 化現(xiàn)象比較弱，各種氣體的相對(duì)介電常數(shù)都接近

2、1,液體、固體的介 電常數(shù)則各不相同，而且介電常數(shù)還與溫度、電源頻率有關(guān)有些物質(zhì)介電常數(shù)具有復(fù)數(shù)形式，其實(shí)部即為介電常數(shù)，虛數(shù)部 分常稱為耗散因數(shù)。通常將耗散因數(shù)與介電常數(shù)之比稱作耗散角正切， 其可表示材料 與微波的耦合能力，耗散角正切值越大，材料與微波的耦合能力就越 強(qiáng)。例如當(dāng)電磁波穿過電解質(zhì)時(shí)，波的速度被減小，波長也變短了。介質(zhì)損耗是指置于交流電場中的介質(zhì)， 以內(nèi)部發(fā)熱的形式表現(xiàn)出 來的能量損耗。介質(zhì)損耗角是指對(duì)介質(zhì)施加交流電壓時(shí)， 介質(zhì)內(nèi)部流 過的電流相量與電壓向量之間的夾角的余角。 介質(zhì)損耗角正切是對(duì)電 介質(zhì)施加正弦波電壓時(shí)，外施電壓與相同頻率的電流之間相角的余角 5的正切值-tg 5

3、 .其物理意義是：每個(gè)周期內(nèi)介質(zhì)損耗的能量 /每個(gè) 周期內(nèi)介質(zhì)存儲(chǔ)的能量。介電損耗角正切常用來表征介質(zhì)的介電損耗。介電損耗是指電 介質(zhì)在交變電場中，由于消耗部分電能而使電介質(zhì)本身發(fā)熱的現(xiàn)象。 原因是電介質(zhì)中含有能導(dǎo)電的載流子，在外加電場作用下，產(chǎn)生導(dǎo)電電 流，消耗掉一部分電能，轉(zhuǎn)為熱能。任何電介質(zhì)在電場作用下都有能量 損耗，包括由電導(dǎo)引起的損耗和由某些極化過程引起的損耗。用tg 3作為綜合反應(yīng)介質(zhì)損耗特性優(yōu)劣的指標(biāo)，其是一個(gè)僅僅取 決于材料本身的損耗特征而與其他因素?zé)o關(guān)的物理量， tg 3的增大意 味著介質(zhì)絕緣性能變差，實(shí)踐中通常通過測量tg3來判斷設(shè)備絕緣性 能的好壞。由于介電損耗的作用電解

4、質(zhì)在交變電場作用下將長生熱量，這些熱會(huì)使電介質(zhì)升溫并可能引起熱擊穿，因此，在絕緣技術(shù)中，特別是 當(dāng)絕緣材料用于高電場強(qiáng)度或高頻的場合，應(yīng)盡量采用介質(zhì)損耗因 數(shù)，即電介質(zhì)損耗角正切tg 3較低的材料。但是，電介質(zhì)損耗也可用 作一種電加熱手段，即利用高頻電場（一般為 03-300兆赫茲）對(duì)介 電常數(shù)大的材料（如木材、紙張、陶瓷等）進(jìn)行加熱。這種加熱由于 熱量產(chǎn)生在介質(zhì)內(nèi)部，比外部加熱速度更快、熱效率更高，而且熱均 勻。頻率高于300兆赫時(shí)，達(dá)到微波波段，即為微波加熱（家用微波 爐即據(jù)此原理）。在絕緣設(shè)計(jì)時(shí)，必須注意材料的tg 3值。若tg3過大則會(huì)引起嚴(yán) 重發(fā)熱，使絕緣材料加速老化，甚至導(dǎo)致熱擊穿

5、。一下例舉一些材料的£值：石英-3.8絕緣陶瓷-6.0紙-70有機(jī)玻璃2.63PE2.3 PVC3.8高分子材料的£由主鏈中的鍵的性能和排列決定分子結(jié)構(gòu)極性越強(qiáng)，£和tgS越大。非極性材料的極化程度較小，£和tg 3都較小。當(dāng)電介質(zhì)用在不同場合時(shí)對(duì)介電常數(shù)與耗散因素的大小有不同 的要求。做電容介質(zhì)時(shí)£大、tg 3小；對(duì)航空航天材料而言，£要小 tg 3要大。另外要注意材料的極性越強(qiáng)受濕度的影響越明顯。主要原因是高濕的作用使水分子擴(kuò)散到高分子的分子之間，使其極性增強(qiáng)；同時(shí)潮 濕的空氣作用于塑料表面，幾乎在幾分鐘內(nèi)就使介質(zhì)的表面形成一層 水膜，它具有離子性質(zhì)，能增加表面電導(dǎo)，因此使材料的介電常數(shù)和 介質(zhì)損耗角正切tg3都隨之增大。故在具體應(yīng)用時(shí)應(yīng)注意電介質(zhì)的周 圍環(huán)境。電介質(zhì)在現(xiàn)代生活中經(jīng)常被用到，而介電常數(shù)與耗散因素是電介 質(zhì)的兩個(gè)重要參數(shù)，根據(jù)不同的要