第三章电介质物理导论第三章ppt课件.ppt

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1、采用采用PP管及配件：根据给水设计图配置好管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物第三章第三章 交变电场中电介质的损耗交变电场中电介质的损耗1.具有慢极化具有慢极化 的电介质在交变电场作用下所表现出的介质特性（极化与的电介质在交变电场作用下所表现出的介质特性（极化与损耗）与电场频率有关损耗）与电场频率有关复介电常数复介电常数*2.导出以松弛极化为典型例证的导出以松弛极化为典型例证的德拜松弛极化与损耗理论德拜松弛极化与损

2、耗理论 与频率和温度的关系与频率和温度的关系3.考虑电场强度考虑电场强度E与电位移与电位移D、电流、电流I（或电流密度（或电流密度j）与电压）与电压U（或电场（或电场强度强度E)之间的相位关系之间的相位关系有功功率损耗有功功率损耗*4.考虑漏导损耗以后，给出了它对松弛极化产生的附加影响考虑漏导损耗以后，给出了它对松弛极化产生的附加影响*5.有损耗电介质的等效电路的计算方法有损耗电介质的等效电路的计算方法交变电场作用下电介质的特性交变电场作用下电介质的特性复介电常数复介电常数*、 tgtg采用采用PP管及配件：根据给水设计图配置好管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断

3、管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物31复介电常数和复折射率复介电常数和复折射率 3.1.1 复介电常数复介电常数1.1.平行板真空电容器平行板真空电容器的静电容量：的静电容量： C C0 00 0S Sd d。加上角频率为加上角频率为2f2f的交流电压：的交流电压：则在电极上出现电荷则在电极上出现电荷Q QC C0 0V V，并且与外加电压同相位。，并且与外加电压同相位。 采用采用PP管及配件：根据给水设计图配置好管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切

4、断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物由此可见，由此可见，电路中电流与外加电压差电路中电流与外加电压差9090o o相位相位，见图，见图3131。I电路电流为电荷电路电流为电荷Q Q对时间的导数：对时间的导数：EidViS1VdSiSIj000 采用采用PP管及配件：根据给水设计图配置好管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，

5、保持熔接部位干净无污物2.2.对于对于理想绝缘的介质理想绝缘的介质，相对介电常数为，相对介电常数为r r显然此时的电容量具有新的值显然此时的电容量具有新的值C Cr rC C0 0，相应的电流变为：，相应的电流变为：此时，电流与电压仍然相差此时，电流与电压仍然相差9090o o相位。相位。E Ei ij jI IC CV Vi ie eC CV Vi id dt tQ Qd dI Ir r0 0r rt ti i0 0 E Ei ij j0 0 3. 如果如果电介质是弱电导性的电介质是弱电导性的，存在一定的电导，那么，电容，存在一定的电导，那么，电容器就不再是理想的电容器，于是，电流对电压的相

6、位就不会恰器就不再是理想的电容器，于是，电流对电压的相位就不会恰好相差好相差9090o o。因为此时增加了一个与电压同相位的电导分量。因为此时增加了一个与电压同相位的电导分量GVGV，故总的电流为两部分电流的和：故总的电流为两部分电流的和： I=iCV+GV=(iC+G)V此时电流与电压的关系电流与电压的关系如图32所示。介质电导引起介质电导引起由交变电场引起由交变电场引起SIj dVEdSG dSC0r E)i (jor 0j=E0r I=iCV+GV=(iC+G)V采用采用PP管及配件：根据给水设计图配置好管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，

7、以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物 在交变电场中电介质的特性参数为在交变电场中电介质的特性参数为* *和和* *，它们都与电场频，它们都与电场频率有关，这一点与电介质处于恒定电场中的介电常数和稳态电导率率有关，这一点与电介质处于恒定电场中的介电常数和稳态电导率有着本质上的差别。有着本质上的差别。Ej* 由由定义复电导率定义复电导率Eij* 由由定义复介电常数定义复介电常数 ii*则则采用采用PP管及配件：根据给水设计图配置好管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，

8、边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物 为了便于考察在交变电场作用下电介质的性质，引入复介为了便于考察在交变电场作用下电介质的性质，引入复介电常数电常数* *，分成实部与虚部，且引入两个实数，分成实部与虚部，且引入两个实数和和于是于是* *可表示成可表示成 *= i （39）= = ； =/=/ 其中，第一项其中，第一项( (包含包含)和第二项和第二项( (包含包含)分别为复介电分别为复介电常数的实部和虚部。均与常数的实部和虚部。均与有关，有关， 与极化响应的快慢有关，与极化响应的快慢有

9、关， =/=/。 i*复介电常数复介电常数采用采用PP管及配件：根据给水设计图配置好管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物r*= ri r （310） 从相位关系上分析式从相位关系上分析式(39)(39)或式或式(3l0)(3l0)可知，可知，或或r r对应于损耗项，对应于损耗项，或或r r对应于电容项。对应于电容项。*= i 复相对介电常数复相对介电常数r r* * (complex relative dielec

10、tric constant) (complex relative dielectric constant) 采用采用PP管及配件：根据给水设计图配置好管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物再由图再由图3232看出，看出，1.1.与电压同相位的损耗电流分量与电压同相位的损耗电流分量(I(Il lGV)GV)，2.2.电容电流分量（电容电流分量（I Ic ci CVi CV）3.3.合成电流合成电流I II Ic c与与

11、I I之间形成一个之间形成一个角角介质损耗角介质损耗角(dielectric loss (dielectric loss angle).angle).或表示为：电容项电容项损耗项损耗项电容电流电容电流损耗电流损耗电流 CGIItgclrrtg IIcI Il l:损耗因素损耗因素(dielectric loss factor)(dielectric loss factor)，r r:相对损耗因数相对损耗因数(relative dielectric loss factor)(relative dielectric loss factor)； :介电常数介电常数r r:相对介电常数，相对介电常数，

12、 它们都依赖于频率，只有当它们都依赖于频率，只有当00，才是静态介电常数。才是静态介电常数。 采用采用PP管及配件：根据给水设计图配置好管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物由于由于j jii* *E E，当把式，当把式(39)(39)代入后，即得代入后，即得到下列表达式：到下列表达式：*= i （39） 式中，含式中，含的项与电场强度同相位，含的项与电场强度同相位，含的项与电场强度的项与电场强度差差90o相位。相位

13、。=/ （314） 采用采用PP管及配件：根据给水设计图配置好管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物（320）)2xft(2iexpeEEx0 )2xft(2iexpeHHx0 3.1.2 电磁波在介质中的传播及复折射率电磁波在介质中的传播及复折射率 为衰减常数为衰减常数 为相位常数为相位常数电磁波在介质中的传播方程电磁波在介质中的传播方程采用采用PP管及配件：根据给水设计图配置好管及配件：根据给水设计图配置好PP管

14、及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物(1)(1)当当x x一定时，电磁场强度对时间一定时，电磁场强度对时间(t)(t)呈周期性变化呈周期性变化，其周期其周期T为为(2)(2)波长：波长： 电磁波在介质中的传播具有如下一些特性：电磁波在介质中的传播具有如下一些特性：相位相差相位相差2的位置呈相同波形的位置呈相同波形位置相差波长位置相差波长 ,n2x n2x采用采用PP管及配件：根据给水设计图配置好管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材

15、垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物（3 3）波速：波速：(4)(4)电磁场的绝对值以电磁场的绝对值以 的比例衰减的比例衰减。这里的。这里的 表示吸收。表示吸收。f2fTv 或：或：n)2xft( 时，相位相同，距离相差时，相位相同，距离相差x，传播时间要经过时间，传播时间要经过时间t2dxvffdt xe 在以在以* *和和* *表征的介质材料中的传播，具有一个复速度表征的介质材料中的传播，具有一个复速度 电磁波在以电磁波在以0 0和和0 0表征的表征的真空中的传播速

16、度真空中的传播速度则为则为 C C(0 00 0) )1/21/2=3=310108 8米米/ /秒。秒。 2/1*)(v 采用采用PP管及配件：根据给水设计图配置好管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物 折射率折射率(refractive index)(refractive index)：电磁波在真：电磁波在真空中的传播速度空中的传播速度v v0 0和在介质中传播速度和在介质中传播速度v v* *之比之比。复折射率

17、：复折射率：ikn)(vvn2/100*0* 式中式中n与与k分别为复折射率的实部与虚部中的分别为复折射率的实部与虚部中的两个实数两个实数采用采用PP管及配件：根据给水设计图配置好管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物这个复数关系式（式这个复数关系式（式322）就是著名的）就是著名的麦克斯韦关系式麦克斯韦关系式。 式（式（3-21）可简化为）可简化为iknirr 采用采用PP管及配件：根据给水设计图配置好管及配件：根

18、据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物rrtg 采用采用PP管及配件：根据给水设计图配置好管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物 在没有损耗的电介质中，则有在没有损耗的电介质中，则有 或或即：即：相对介电常数等于折射率的平方相对介电常数等于折射率的平方

19、。在第一章中我们实际上在。在第一章中我们实际上在许多场合下已经引用了式（许多场合下已经引用了式（327327）所表示的关系（）所表示的关系（p21p21、2626）。）。 rnrn2采用采用PP管及配件：根据给水设计图配置好管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物在交变电场中的电介质，由于复相对介电常数在交变电场中的电介质，由于复相对介电常数r r与频率有与频率有关，故折射率关，故折射率n n亦随频率变化，称为。亦随频

20、率变化，称为。 “ “交流电场中电介质介电常数随频率变化的现象，交流电场中电介质介电常数随频率变化的现象，在介质理论中常称为或简称在介质理论中常称为或简称“弥散弥散”(dispersion)(dispersion)。这种现象。这种现象的本质，就在于电极化的建立需要一个过程，换句话说，由于极的本质，就在于电极化的建立需要一个过程，换句话说，由于极化的惯性或滞后性，在不同频率电场中，极化可能来不及响应或化的惯性或滞后性，在不同频率电场中，极化可能来不及响应或完全来不及响应电场的变化。完全来不及响应电场的变化。色散现象色散现象弥散现象弥散现象32 介质损耗介质损耗 研究介质损耗问题，实质上就是研究能

21、量转换问题。研究介质损耗问题，实质上就是研究能量转换问题。定义：定义：电介质在单位时间内每单位体积中，将电能转化为热能电介质在单位时间内每单位体积中，将电能转化为热能( (以发热形式以发热形式) )而消耗的能量。而消耗的能量。 1. 1. 直流电场中，直流电场中， VEdSdEGUUIWvvRU22222单位时间内每单位体积所消耗的能量为单位时间内每单位体积所消耗的能量为 : : w wv vE E2=2=jEjE。 耗能耗能：采用采用PP管及配件：根据给水设计图配置好管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物

22、管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物 储能储能: :静介电常数为静介电常数为s s的电介质的电介质 在静电场中所储存的静电能密度：在静电场中所储存的静电能密度：VEdEdSCUWrr202202212121单位体积中的储能：单位体积中的储能： 由此可见，无论是储存的能量密度还是消耗的能量密度，由此可见，无论是储存的能量密度还是消耗的能量密度，其大小均与直流静电场的电介质特性参数有关，因此，不必其大小均与直流静电场的电介质特性参数有关，因此，不必考虑与电场变化频率的关系。考虑与电场变化频率的关系。采用采用PP管及配件：根据给水设计图配置好管

23、及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物 与频率有关的介质特性参数与频率有关的介质特性参数复电导率与复介电常数。复电导率与复介电常数。 在交变电场中，各相关矢量在交变电场中，各相关矢量( (I I、j j、V V、E E) )可能出现相位可能出现相位差的关系，因此，在讨论交变场的介质损耗问题，必然应从研差的关系，因此，在讨论交变场的介质损耗问题，必然应从研究电介质的动态行为入手。究电介质的动态行为入手。2.2.交变电场中

24、交变电场中ii*采用采用PP管及配件：根据给水设计图配置好管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物正弦交变电场正弦交变电场： 电容电流超前于电压的相角小于电容电流超前于电压的相角小于/2/2， 介质极化的滞后性介质极化的滞后性D D与与E E在时间上有一个明显的相位差在时间上有一个明显的相位差 D DEE的关系式不再适用。的关系式不再适用。电容器的电容量也不能再用电容器的电容量也不能再用C Cr rC C0 0的简单公

25、式。的简单公式。采用采用PP管及配件：根据给水设计图配置好管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物 设在平行平板介质电容器上，加上正弦交变电场：设在平行平板介质电容器上，加上正弦交变电场： EE0cost （328）这部分能量以这部分能量以w表示，那么：表示，那么：介质损耗的定义：电介质在单位时间内每单位体积所介质损耗的定义：电介质在单位时间内每单位体积所 损失的能量。损失的能量。wjE采用采用PP管及配件：根据给水设

26、计图配置好管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物DDjt j: 单位时间单位面积通过的电量单位时间单位面积通过的电量 单位时间内面电荷密度的变化单位时间内面电荷密度的变化tj而由高斯定律而由高斯定律sQSdDDD S Q 平行平板电容器平行平板电容器采用采用PP管及配件：根据给水设计图配置好管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物管

27、及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物采用采用PP管及配件：根据给水设计图配置好管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物设设tieEE00()itDjiE et 012()()itDiE eiEEiEDD tg D1D2E D落后落后E角角DE)i (jor 积分积分对比对比采用采用PP管及配件：根据给水设计图配置好管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在

28、管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物D D0 0coscos与与E E具有相同相位；具有相同相位；D D0 0sinsin与与E E具有具有2 2的相位差，的相位差，当当E=E0COSt采用采用PP管及配件：根据给水设计图配置好管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物tDj第一部分与电场第一

29、部分与电场E E的相位差是的相位差是2 2，不会引起介质中的能量损耗，不会引起介质中的能量损耗电流密度此时分成了两部分：电流密度此时分成了两部分：第二部分与电场第二部分与电场E E同相位，引起能量损耗；同相位，引起能量损耗；采用采用PP管及配件：根据给水设计图配置好管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物每秒钟介质单位体积中的能量损耗：每秒钟介质单位体积中的能量损耗：采用采用PP管及配件：根据给水设计图配置好管及配件：

30、根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物 sincos，因此，常称，因此，常称sin或或cos为功率因数。其中，为功率因数。其中，为介质损耗角为介质损耗角，为功率因数角为功率因数角。 特殊地，若特殊地，若D与与E之间在时间上没有可观察的相位差，即之间在时间上没有可观察的相位差，即0，于是由式，于是由式(335)可见：可见： w0这一结果说明，极化强度与交变电场同相位，极化过程不存这一结果说明，极化强度与交变电场同相位，极化过程不

31、存在滞后现象，亦就是极化完全来得及跟随电场变化，此时不在滞后现象，亦就是极化完全来得及跟随电场变化，此时不存在交流电场下的由极化引起的损耗。存在交流电场下的由极化引起的损耗。IIcI Il l采用采用PP管及配件：根据给水设计图配置好管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物 若若D D与与E E之间的相位，相差之间的相位，相差角，角，D D与与E E的关系表达为的关系表达为现在引用复介电常数现在引用复介电常数*来表示来

32、表示介质在正弦交变电场中的介质损耗；介质在正弦交变电场中的介质损耗；采用采用PP管及配件：根据给水设计图配置好管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物tjtDj*= i （39）(3-31)电场相差电场相差90o相位，为无功分量相位，为无功分量与电场同相位，损耗分量，或与电场同相位，损耗分量，或有功分量。有功分量。采用采用PP管及配件：根据给水设计图配置好管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切

33、断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物交流电场下介质每秒钟每单位体积内所耗散的能量；交流电场下介质每秒钟每单位体积内所耗散的能量； 在交流电场振幅一定的情形下，所消耗的能量与在交流电场振幅一定的情形下，所消耗的能量与成正比，成正比，这也就是将这也就是将称为损耗因子的原因。称为损耗因子的原因。采用采用PP管及配件：根据给水设计图配置好管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物管及配件，用管件在管材垂

34、直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物v介质损耗通常都是用介质损耗角的正切介质损耗通常都是用介质损耗角的正切(tangent(tangentof dielectric loss angle)tgof dielectric loss angle)tg来表示来表示v研究介质损耗的重点，集中于能表征电介质在交变电场中损研究介质损耗的重点，集中于能表征电介质在交变电场中损耗特性的参数耗特性的参数tgtg上。上。具有如下两个明显的优点：具有如下两个明显的优点： (1) tg(1) tg值可以和介电常数值可以和介电常数同时直接测量得到。且一般只需同时直接测量得到。且一般只需要

35、采用通用的电桥法和谐振法测量，要采用通用的电桥法和谐振法测量，(2) tg(2) tg值与测量试样大小与形状均无关，为电介质自身属性，值与测量试样大小与形状均无关，为电介质自身属性，并且在许多情形下，并且在许多情形下，tgtg值比值比值对介质特性的改变敏感得多。值对介质特性的改变敏感得多。采用采用PP管及配件：根据给水设计图配置好管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物 1 电介质不是理想绝缘体，不可避免地存在电介质不

36、是理想绝缘体，不可避免地存在漏电导漏电导，要产生，要产生漏导损耗漏导损耗，由这种损耗机构决定的，由这种损耗机构决定的tgtg值值 在在D D与与E E之间形成相位差而引起的介质损耗的机构主要有以下三种：之间形成相位差而引起的介质损耗的机构主要有以下三种：采用采用PP管及配件：根据给水设计图配置好管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物随电场频率随电场频率f的增高，的增高，tg成倒数关系下降，成倒数关系下降，仅电导的存在

37、不会使电介质出现高频下发热严重的问题。仅电导的存在不会使电介质出现高频下发热严重的问题。 2 电介质中发生的电介质中发生的慢极化慢极化(例如，与热运动密切有关的热离子例如，与热运动密切有关的热离子极化及热转向极化等极化及热转向极化等)：建立时间较长建立时间较长(约约104109秒秒)，当电场变化频率超过一定限度，当电场变化频率超过一定限度时，这些慢极化来不及建立而产生极化滞后现象。时，这些慢极化来不及建立而产生极化滞后现象。 介质的极化强度介质的极化强度P滞后于电场强度滞后于电场强度E，此时将消耗一部分能量，形，此时将消耗一部分能量，形成介质损耗。成介质损耗。这部分由慢极化产生的介质损耗是电介

38、质在交变电场中使用时产生这部分由慢极化产生的介质损耗是电介质在交变电场中使用时产生的介质损耗的主要部分，且有着自身的特殊规律。的介质损耗的主要部分，且有着自身的特殊规律。当电场频率增高时，电介质的当电场频率增高时，电介质的tg可能在一定频率下不减小反而可能在一定频率下不减小反而增大，且可能出现最大值，这种反常现象常称为增大，且可能出现最大值，这种反常现象常称为“反常分散反常分散”现现象，见图象，见图34。 为了便于全面比较，图中同时画出了为了便于全面比较，图中同时画出了Pf()曲线。曲线。“反常分散反常分散”现象的出现，正是由于某些慢极化所致。现象的出现，正是由于某些慢极化所致。采用采用PP管

39、及配件：根据给水设计图配置好管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物 这种效应产生在红外到紫外的光频范围内。这种效应产生在红外到紫外的光频范围内。光是一种电磁波，它在介质中传播的相速及介质的折射率光是一种电磁波，它在介质中传播的相速及介质的折射率n n均均依赖于频率。依赖于频率。n n随频率而变化的现象随频率而变化的现象色散现象，根据电磁场理论，可以色散现象，根据电磁场理论，可以证明色散的存在同时将伴随有能量的耗散。证

40、明色散的存在同时将伴随有能量的耗散。 3原子、离子或电子的振动所产生的共振效应。原子、离子或电子的振动所产生的共振效应。采用采用PP管及配件：根据给水设计图配置好管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物33 弛豫现象弛豫现象电介质在恒定电场中，发生的几种极化都需要经历一定的时间电介质在恒定电场中，发生的几种极化都需要经历一定的时间. 快极化：快极化：如电子位移极化和离子位移极化需时极短如电子位移极化和离子位移极化需时极

41、短( (1010151510101212秒秒) )。这对于电介质通常应用的频率。这对于电介质通常应用的频率无线电频率范围无线电频率范围(5(510101212HzHz以下以下) )来讲，可以认为是瞬时完成的。来讲，可以认为是瞬时完成的。 慢极化：慢极化：例如热转向极化，要达到极化的稳定状态，一般需例如热转向极化，要达到极化的稳定状态，一般需要经历要经历10106 6秒甚至更长时间。因此这类极化在外施电场频率较秒甚至更长时间。因此这类极化在外施电场频率较高时，就有可能来不及跟随电场的变化，表现出极化的滞后性，高时，就有可能来不及跟随电场的变化，表现出极化的滞后性，这部分极化常称为这部分极化常称为

42、松弛极化松弛极化，其极化建立过程则是不可忽视的。，其极化建立过程则是不可忽视的。采用采用PP管及配件：根据给水设计图配置好管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物对电介质极化强度来说，一般可表示为对电介质极化强度来说，一般可表示为 式中，式中，P P位移极化强度位移极化强度；P Pr r松弛极化强度松弛极化强度。极化的。极化的建立过程或极化强度随时间的变化如图建立过程或极化强度随时间的变化如图3535所示。所示。采用采

43、用PP管及配件：根据给水设计图配置好管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物加电场 tppprmrmppp 切线切线与与 )1 (trmrePP或简称或简称松弛时间松弛时间(relaxation time)，与温度有关。，与温度有关。采用采用PP管及配件：根据给水设计图配置好管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物管及配件，用管件在管

44、材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物移去电场移去电场当时间足够长时，当时间足够长时，Pr减小减小且实际上接近零且实际上接近零trmrePP松弛时间的含义松弛时间的含义: t时，极化强度时，极化强度P r降为原来极化强度的降为原来极化强度的1e所需要的时间。所需要的时间。采用采用PP管及配件：根据给水设计图配置好管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物在电介质处于恒定电场在电介质处于恒

45、定电场(f0)(f0)情形下，即使最慢的情形下，即使最慢的极化也极化也不存在滞后现象不存在滞后现象，正是由于这种原因，在研究恒定电，正是由于这种原因，在研究恒定电场中的电介质特性时，只需考察电介质的场中的电介质特性时，只需考察电介质的静态特性静态特性，而不必，而不必研究其动态特性研究其动态特性(dynamic property).(dynamic property).当电介质工作在交变电场中时，就需要研究其当电介质工作在交变电场中时，就需要研究其动态性质动态性质。建立动态方面的理论要比建立静态理论困难得多建立动态方面的理论要比建立静态理论困难得多, ,在研究电在研究电介质的动态特性时，介质的动

46、态特性时，弛豫现象弛豫现象占据着重要的地位。占据着重要的地位。 电介质的动态特性电介质的动态特性 将一个脉冲电压加在电介质上，电压振幅为将一个脉冲电压加在电介质上，电压振幅为V V0 0，脉冲时间，脉冲时间间隔为间隔为t t1 1t tl ldtdt，见图，见图36(a)36(a)。一、弛豫过程一、弛豫过程首先考察线性电介质对可变电场的响应问题。首先考察线性电介质对可变电场的响应问题。然后从然后从定性定性与与定量定量两个方面，确立两个方面，确立复介电常数的频率特性复介电常数的频率特性。tt1, tt2, V=0;t1 t t2 V=V0采用采用PP管及配件：根据给水设计图配置好管及配件：根据给

47、水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物充电电流：充电电流：t tt t1 1， i=0i=0 t=t t=t1 1, i=i, i=i 瞬时充电电流瞬时充电电流 t t1 1t tt t2 2，i=ii=ia a(t) (t) 强度逐渐减小，强度逐渐减小， 这种随时间逐渐减小的电流被称为这种随时间逐渐减小的电流被称为吸收电流吸收电流(absorption current)(absorption current)。放电电流：放电电流：

48、 在在t t2 2时刻切断电源，短路时刻切断电源，短路 t=tt=t2 2 i=i i=i瞬时放电电流瞬时放电电流 i i=- i=- i t tt t2 2 i=ii=ia a(t) (t) 强度逐渐减小，强度逐渐减小， 残余电流残余电流 i ia a(t)=- i(t)=- ia a(t) (t) 这一实验结果说明：由于电介质存在缓慢极化，使得极化这一实验结果说明：由于电介质存在缓慢极化，使得极化滞滞后后于电压的变化，并出现随时间降落的吸收电流或残余电流，我于电压的变化，并出现随时间降落的吸收电流或残余电流，我们将这种现象称为们将这种现象称为介质弛豫现象介质弛豫现象。 图图36(c)36(

49、c)所示为电流的积分值，亦就是相应的所示为电流的积分值，亦就是相应的电荷变化电荷变化情况：情况： t tt tl l， Q=0Q=0 t=t t=t1 1 Q=Q= Q Q， 瞬时充电电荷瞬时充电电荷 t t1 1t tt t2 2 Q=Q Q=Qa a(t)+Q(t)+Q Q Qa a(t)(t)是对应于吸收电流是对应于吸收电流i ia a的充的充 电电荷；电电荷； t=tt=t2 2 Q= Q Q= Q 与与i相对应的是相对应的是瞬时放电电荷瞬时放电电荷， t tt t2 2 Q=QQ=Qa a 由残余电流所缓慢放出的电荷。由残余电流所缓慢放出的电荷。 Qa采用采用PP管及配件：根据给水设

50、计图配置好管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物 充电时：充电时： t=tt=t1 1 ，在脉冲间隔内，由在脉冲间隔内，由t t1 1到到t t2 2，t=tt=t2 2 ()asQQCV i=dQ/dt 由于弛豫现象的存在，电容量也不是一个恒定由于弛豫现象的存在，电容量也不是一个恒定的量，而是随着时间变化：的量，而是随着时间变化：电流的变化电流的变化电容的变化电容的变化电容量随时间而逐渐增加，电容量随时间而逐渐增加