武汉理工大学：《材料物理学》课程教学资源（PPT课件讲稿）第六章 电介质物理 6.8 复介电常数和介电谱的实验研究

第六章电介质物理 本章提要 本章就有关电介质的基本理论和基本实验研究, 着重介绍如下内容:电介质的极化响应;电介 质中的电荷转移,电介质的电导、损耗及击穿 特性;复介电常数和介电谱的实验研究,以进 步了解电介质的最基本的物理性质—介电 性,以及进而了解电介质的分子结构和极化机 理

第六章 电介质物理 本章就有关电介质的基本理论和基本实验研究, 着重介绍如下内容：电介质的极化响应；电介 质中的电荷转移，电介质的电导、损耗及击穿 特性；复介电常数和介电谱的实验研究，以进 一步了解电介质的最基本的物理性质——介电 性，以及进而了解电介质的分子结构和极化机 理。 本章提要

第六章电介质物理 6.1概述 2个学时 62静电场中的电介质行为 6.3变动电场中电介质行为及介质损耗 6.4极化弛豫 2个学时 6.5动态介电系数 6.6固体电介质的电导与击穿 2个学时 6:8复介电常数和介电谱的实验研究2个学时

第六章 电介质物理 6.1概述 6.2静电场中的电介质行为 6.3变动电场中电介质行为及介质损耗 6.4极化弛豫 6.5动态介电系数 6.6固体电介质的电导与击穿 6.8复介电常数和介电谱的实验研究 2个学时 2个学时 2个学时 2个学时

6.8复介电常数和介电谱的实验研究 一个平行平板电容器,真空时电容量为,在 极板之间充满了电介质之后,施加一个圆频 率为的交变电动势,电容器便会有交变电流i 流过 i=jar, Coa, 其中是电介质的相对介电常数,它是团 的函数,若两极板之间的介质材料有损耗(包 括漏电),就需要用复数表示,即

一个平行平板电容器，真空时电容量为，在 极板之间充满了电介质之后，施加一个圆频 率为的交变电动势，电容器便会有交变电流i 流过 6.8复介电常数和介电谱的实验研究 , ( 1) i = j rC0  j = − , ( 1) i = j r C0  j = − 其中 是电介质的相对介电常数，它是 的函数，若两极板之间的介质材料有损耗（包 括漏电），就需要用复数表示，即  r 

8a 式中为介电常数实部,國是介电 常数虚部,代表介质损耗。在工程上更常 使用的是介质损耗的的正切tan tan8=88 平行平板电容器的电流密度可写成 J=jocosE+ocoEE

 () = () − j() r * 式中 为介电常数实部， 是介电 常数虚部，代表介质损耗。 在工程上更常 使用的 是 介质损耗的的正切tan () ()  ()  tan  =   平行平板电容器的电流密度可写成 J = j 0 E +  0 E

式中E为电场强度,我们定义比值JE的实部为 电介质的电导率,即 do) =cola a)概括了电介质的全部损耗机构的 总和。因此,对于任何频率,我们 用,另外再加上"、_and和 个量中任何一个量与相配,便可 以完整地描述电介质在电场中的介电行 为

式中E为电场强度，我们定义比值J/E的实部为 电介质的电导率，即 () =  () 0 概括了电介质的全部损耗机构的 总和。因此，对于任何频率，我们 用 ,另外再加上 、 和 三个量中任何一个量与 相配，便可 以完整地描述电介质在电场中的介电行 为。()    tan   

1、复介电常数的测量 测量复介电常数有多种方法,如何选择测量方法, 要取决于如下端因素:(1)频率范围;(2)材粔 性能;(3)材料样品的加工、尺寸等

1、复介电常数的测量 测量复介电常数有多种方法，如何选择测量方法， 要取决于如下端因素：（1）频率范围；（2）材料 性能；（3）材料样品的加工、尺寸等

可见光 直流低频 无线电 红外 紫外|软x射线 10°101021031041051061010310101010102101014102510261017 电桥法 DFTS (Hz 静态法 谐振法 驻波法 行波法 图6.18介电常数的测量方法频率范围

图6.18介电常数的测量方法频率范围

由直流到高频(微波)测量复介电常数的 几种实验方法 (1)直流介电常数的测量 (2)电桥法测量低频介电常数 (3)谐振电路法测量复介电常数 (4)传输线法 (5)微波测量

由直流到高频（微波）测量复介电常数的 几种实验方法 （1）直流介电常数的测量 （2）电桥法测量低频介电常数 （3）谐振电路法测量复介电常数 （4）传输线法 （5）微波测量

(1)直流介电常数的测量 分别测量一个平行平板电容器在有介质 存在时和无介质时通过一个标准电阻放 电的时间常数,从而求出介电常数的实 部。虚部则用介质的电阻率(或电导 率)来表示

（1）直流介电常数的测量 分别测量一个平行平板电容器在有介质 存在时和无介质时通过一个标准电阻放 电的时间常数，从而求出介电常数的实 部 。虚部则用介质的电阻率（或电导 率）来表示。 

(2)电桥法测量低频介电常数 电桥法是测量6和tan最广泛使用的方 法之一。有各种不同结构的电桥,频率覆盖可 以由0.01Hz至150MHz。按频率范围可以分为超 低频电桥(0.01Hz至200Hz)、音频电桥(20Hz 至3MHz)和双T电桥(MHz以上)等等。音频电 桥最典型的电路是施林电桥( Scher ing Br idge),用施林电桥测量可以同时读出电容 量C和tanδ,由此而计算出和占"。 现在已有较完善的数字化低频阻抗分析仪,测 量的参数可达十余个,使用十分方便

（2）电桥法测量低频介电常数 电桥法是测量 和tan 最广泛使用的方 法之一。有各种不同结构的电桥，频率覆盖可 以由0.01Hz至150MHz。按频率范围可以分为超 低频电桥（0.01Hz至200Hz）、音频电桥（20Hz 至3MHz）和双T电桥（1MHz以上）等等。音频电 桥最典型的电路是施林电桥（Schering Bridge），用施林电桥测量可以同时读出电容 量C和tan ，由此而计算出 和 。 现在已有较完善的数字化低频阻抗分析仪，测 量的参数可达十余个，使用十分方便。      