2022-2023学年高二物理竞赛课件：电路动态介电常数

电路动态介电常数 2 电路动态介电常数 极化弛豫和介电损耗，介电频谱 德拜弛豫和共振弛豫， 3 动态介电常数 在静电场下测得的介电常数称为静态介电常数，在交变电场下测得的介电常数称为动态介电常数，动态介电常数与测量频率有关。前面主要介绍了在静电场作用下的介电性质，下面介绍一下在交变电场作用下的介电性质。 4 弛豫时间 relaxation time 因为电介质的极化强度是电子位移极化、离子位移极化和固有偶极矩取向极化三种极化机制的贡献。当电介质开始受静电场作用时，要经过一段时间后，极化强度才能达到相应的数值，这个现象称为极化弛豫，所经过的这段时间称为弛豫时间。 5 电子位移极化和离子位移极化的弛豫时间很短（电子位移极化的弛豫时间比离子位移极化的还要短），取向极化的弛豫时间较长，所以极化弛豫主要是取向极化造成的。当电介质受到交变电场的作用时，由于电场不断在变化，所以电介质中的极化强度也要跟着不断变化，即极化强度和电位移均将随时间作周期性的变化。 6 7 介质损耗 dielectric loss 如果交变电场的频率足够低，取向极化能跟得上外加电场的变化，这时电介质的极化过程与静电场作用下的极化过程没有多大的区别。如果交变电场的频率足够高，电介质中的极化强度就会跟不上外电场的变化而出现滞后，从而引起介质损耗。 8 动态介电常数也不同于静态介电常数。所谓介质损耗，就是在某一频率下供给介质的电能，其中有一部分因强迫固有偶极矩的转动而使介质变热，即一部分电能以热的形式而消耗。可见，介质损耗可反映微观极化的弛豫过程。 9 若作用在电介质上的交变电场为： 由于极化弛豫，P与D都将有一个相角落后于电场E，设此角为，则D可写为： 其中D1=D0cos(), D2=D0sin()。 10 对于大多数电介质材料，D0与E0成正比，不过比例系数不是常数，而是与频率有关。为了反映这个情况，引入两个与频率有关的介电常数： 11 并有： 因1和2与频率有关，所以相角也与频率有关。当频率趋近于零时，极化不出现滞后，这时相角=0。 12 由此可见，当频率接近于零时，1就等于静态介电常数。 $$