介电常数和介质损耗角物理意义课件.ppt

1、介电常数和介质损耗角正切介电常数和介质损耗角正切介电常数和介质损耗角正切介电常数和介质损耗角正切 在电场作用下，能产生极化的一切物质又被称之为电介质。电在电场作用下，能产生极化的一切物质又被称之为电介质。电介质在电子工业中用来做集成电路的基板、电容器等。如果将一介质在电子工业中用来做集成电路的基板、电容器等。如果将一块电介质放入一平行电场中，则可发现在介质表面感应出了电荷，块电介质放入一平行电场中，则可发现在介质表面感应出了电荷，即正极板附近的电介质感应出了负电荷，负极板附近的介质表面即正极板附近的电介质感应出了负电荷，负极板附近的介质表面感应出正电荷。这种电介质在电场作用下产生感生电荷的现象

2、，感应出正电荷。这种电介质在电场作用下产生感生电荷的现象，称之为电介质的极化。称之为电介质的极化。 感应电荷产生的原因在于介质内部质点感应电荷产生的原因在于介质内部质点( (原子、分子、离子原子、分子、离子) )在电场作用下正负电荷重心的分离，变成了在电场作用下正负电荷重心的分离，变成了偶极子。不同的偶极子有不同的电偶极矩，电偶极矩的方向与外偶极子。不同的偶极子有不同的电偶极矩，电偶极矩的方向与外电场方向一致。电场方向一致。 材料极化四、介电常数和介质损耗角正切四、介电常数和介质损耗角正切基本概念：基本概念： 介电常数：以绝缘材料为介质与以真空为介质制成同尺寸电介电常数：以绝缘材料为介质与以真

3、空为介质制成同尺寸电容器的电容量之比值。容器的电容量之比值。 表示在单位电场中，单位体积内积蓄的静电能量的大小。表示在单位电场中，单位体积内积蓄的静电能量的大小。是表征电介质极化并储存电荷的能力，是个宏观物理量。是表征电介质极化并储存电荷的能力，是个宏观物理量。 介质损耗介质损耗 置于交流电场中的介质，以内部发热置于交流电场中的介质，以内部发热( (温度升高温度升高) )形式表现出来的能量损耗。形式表现出来的能量损耗。 基本概念：基本概念： 介质损耗角介质损耗角 对电介质施加交流电压，介质内部流过的电流对电介质施加交流电压，介质内部流过的电流相量与电压相量之间的夹角的余角。相量与电压相量之间的

4、夹角的余角。 介质损耗角正切介质损耗角正切 对电介质施以正弦波电压对电介质施以正弦波电压, ,外施电压与相外施电压与相同频率的电流之间相角的余角同频率的电流之间相角的余角的正切值的正切值-tg. -tg. 其物理意义是其物理意义是： 一些材料的一些材料的数值：数值： 石英 3.8；绝缘陶瓷 6.0； 耐热热玻璃 3.8 3.9; 纸纸 70 PE 2.3； PVC 3.8 有机玻璃 2.63 高分子材料的高分子材料的由主链结构中的键的性能和排列所决定。由主链结构中的键的性能和排列所决定。分子结构极性越强, 和和tg tg 越大. 非极性材料的极化程度小,和和tg tg 都较小.极性取代基团影响

5、更大,其数目越多, 和和tg tg 越大介电电性的应应用 tg tg 大，损耗大，材料发热。大，损耗大，材料发热。 电容介质电容介质 大，大，tg tg 小小 作绝缘材料或电容器材料的高聚物作绝缘材料或电容器材料的高聚物, ,介电损耗越小越好介电损耗越小越好 航空航天材料航空航天材料 小，小，tg tg 大，静电小大，静电小 高频焊接：薄膜封口，高频焊接：薄膜封口，tg tg 大大 需要通过高频加热进行干燥需要通过高频加热进行干燥, ,模塑或对塑料进行高频焊接时模塑或对塑料进行高频焊接时, ,要要求高聚物的介电损耗越大越好求高聚物的介电损耗越大越好. . 高频电缆高频电缆用用PEPE( (非极

6、性非极性) )而不用而不用PVCPVC ( (极性极性) ) 影响因素影响因素 (1) (1)湿湿度 材料的极性越强受湿度的影响越明显。主材料的极性越强受湿度的影响越明显。主要原因是高湿的作用，使水分子扩散到高分子的分子要原因是高湿的作用，使水分子扩散到高分子的分子间，使其极性增加；同时间，使其极性增加；同时, ,潮湿的空气作用于塑料表面潮湿的空气作用于塑料表面, ,几乎是在几分钟内就使介质表面形成一个水膜层几乎是在几分钟内就使介质表面形成一个水膜层, ,它具它具有离子性质有离子性质, ,增加表面电导增加表面电导. . 因此因此, ,材料的材料的介电常数介电常数 和介介质损耗角正切质损耗角正切

7、tgtg都随之增加都随之增加. . 试样的状态调节和测试都应在标准环境试样的状态调节和测试都应在标准环境. .(2) 温度温度 影响因素影响因素(3)(3)测试电压测试电压 板状试样板状试样: :电压电压2KV2KV影响不大影响不大, ,过高则增加附加损耗过高则增加附加损耗. . 薄膜薄膜: :电压低于电压低于500V.500V.过大使过大使tgtg明显增加明显增加. .(4) (4) 测试用接触电极测试用接触电极高频下高频下, ,电极的附加损耗变大电极的附加损耗变大, ,因而电极材料本身的电阻一定要小因而电极材料本身的电阻一定要小. . 高聚物的介电性能高聚物的介电性能 高聚物 v体积电阻率

8、体积电阻率 （.m） 击穿强度击穿强度 (MV/m) 介电常数介电常数 （60Hz） 介电损耗角正介电损耗角正切值切值 （60Hz） 聚乙烯聚乙烯 （高密度）（高密度） 聚丙烯聚丙烯 聚苯乙烯聚苯乙烯 聚氯乙烯聚氯乙烯 尼龙尼龙6 尼龙尼龙66 涤纶涤纶 聚甲醛聚甲醛 聚碳酸酯聚碳酸酯 聚四氟乙烯聚四氟乙烯 聚砜聚砜 丁苯橡胶丁苯橡胶 1014 1014 1014 1012-1015 1012-1015 1012 1012-1016 1012 1014 1016 1014 1013 26-28 30 24 15-25 22 15-19 18-6 17-22 25-40 16-20 20 2.2

9、-2.4(1016Hz) 2.0-2.6(1016Hz) 2.5(1016Hz) 3.2-3.6(1016Hz) 4.1 4.0 3.4 3.7 3.0 2.0-2.2 2.9-3.1 2.2 0. 05 0. 001 0. 005 0.04-0.08(1016Hz) 0. 01 0. 014 0.021 0.005 0.006 0. 0002 0.01-0.006 0.004 其它电性能指标 相比漏电起痕指数相比漏电起痕指数(CTI) (CTI) 材料表面能经受住材料表面能经受住5050滴电解液而没有形成漏电痕迹的最高滴电解液而没有形成漏电痕迹的最高电压值，以伏电压值，以伏(v)(v)为单位

10、。为单位。 耐漏电起痕指数耐漏电起痕指数(PTI) (PTI) 材料表面能经受住材料表面能经受住5050滴电解液而没有形成漏电痕迹的耐电滴电解液而没有形成漏电痕迹的耐电压值，以伏压值，以伏(v)(v)为单位。为单位。 相比漏电起痕指数测定相比漏电起痕指数测定相比漏电起痕指数测定相比漏电起痕指数测定相比漏电起痕指数测定相比漏电起痕指数测定试样应水平放置在支撑板上，按图将电极装好，并施加试样应水平放置在支撑板上，按图将电极装好，并施加1N1N的的压力，用量规检查两电极间的距离为压力，用量规检查两电极间的距离为4.04.0土土0.1mm0.1mm。先对两电极。先对两电极加加25v25v倍数的适当电压

11、倍数的适当电压, ,调整可变电阻调整可变电阻, ,使电极短路电流为使电极短路电流为1.01.0+ +0.10.1A A。在两电极供电下，以。在两电极供电下，以3030+ +5s5s的时间间隔下将电解液液滴滴入的时间间隔下将电解液液滴滴入两电极间的试样上，直到试样发生破坏或滴下两电极间的试样上，直到试样发生破坏或滴下5050滴为止滴为止。 试样发生以下两种情况之一视为破坏试样发生以下两种情况之一视为破坏: : (1) (1)试样表面两电极间的导电通路电流达试样表面两电极间的导电通路电流达0.5A0.5A以上，且过流继电以上，且过流继电器延时器延时2s2s发生动作；发生动作； (2)(2)虽过流继

12、电器未发生动作，但试样燃烧了虽过流继电器未发生动作，但试样燃烧了影响因素(1)(1)试样试样表面状态状态 表面应清洁应清洁，无灰尘尘、脏脏物、指印、油脂、脱脱模剂剂或其他影响结响结果的污污物。表面污污染极极易使电极间电极间的试样产试样产生漏痕，因此试试验验前应对试样应对试样表面进进行清洁处清洁处理。 (2)(2)试验试验点间间距选择选择 如果在同一片试样试样上做多点试验试验，则应则应注意试验试验点之间间要有足够够的距离。该间该间距的大小应选应选在前一次试验试验后飞溅飞溅出的污污物所污污染的部分以外，否则则使结结果发发生偏差。 (3)(3)环环境条条件的影响响 除保持温温度在232311条条件下试验试验外，还应还应注意周围围的空气尽气尽量不要流动动。空气气的流动导动导致液滴落点的偏离，这这是试验试验所不允许许的。因而试验时试验时，电极电极和样样品系统统放在一个个密封罩内进罩内进行. .