在交變電場作用下，電介質(zhì)中慢極化滯后于外電場變化，使其極化強(qiáng)度與電場強(qiáng)度存在相位差，從而導(dǎo)致交變電場的功率損耗。同時，實際電介質(zhì)中存在的漏電流，也會導(dǎo)致電場的功率損耗。電介質(zhì)的電損耗主要來源于電導(dǎo)損耗和介電損耗。從宏觀角度看，電導(dǎo)損耗源于載流子(電子)在電場下的定向移動，即傳導(dǎo)電流遵從歐姆定律。介電損耗源于束縛電子在變化電場下的極化，即位移電流。從微觀角度看，電介質(zhì)材料中電荷在交變電場下的輸運(yùn)(形成傳導(dǎo)電流)和極化(形成位移電流)行為，反映了電損耗的本質(zhì)。

電導(dǎo)損耗

在電場下，電介質(zhì)材料中的自由電子或自由離子做定向遷移產(chǎn)生傳導(dǎo)電流，導(dǎo)致電場能量衰減的現(xiàn)象，稱為電導(dǎo)損耗。電介質(zhì)材料的電導(dǎo)主要來源于離子電導(dǎo)和電子電導(dǎo)，因此，電介質(zhì)材料的電導(dǎo)損耗又分為離子電導(dǎo)損耗和電子電導(dǎo)損耗兩種。一般而言，電子或離子濃度以及它們的遷移率都與頻率無關(guān)。因此，電介質(zhì)材料的電導(dǎo)損耗通常不會出現(xiàn)高頻下發(fā)熱嚴(yán)重的問題。

介電損耗

由下圖可知，全波段下電介質(zhì)材料的介電響應(yīng)分為兩個類型，分別是出現(xiàn)在10^12Hz以上頻段的共振和出現(xiàn)在10^12Hz以下頻段的弛豫。

電介質(zhì)在交變電場下的極化響應(yīng)

1)共振損耗

在交變電場作用下，電介質(zhì)材料中的原子、束縛離子或電子將偏離平衡位置，同時也會受到周圍物質(zhì)的恢復(fù)力作用，從而形成共振，主要包括芯電子共振、價電子共振、原子(離子)共振。電介質(zhì)材料的共振在紅外至紫外的廣泛光頻范圍內(nèi)產(chǎn)生能量損耗，稱為共振損耗。

2)弛豫損耗

當(dāng)交變電場頻率低于原子振動頻率時，恢復(fù)力不再具有彈性，而具有黏性的特點。此時，交變電場與電介質(zhì)材料之間出現(xiàn)一種新型的相互作用關(guān)系，對應(yīng)的介電損耗稱為弛豫損耗。在電介質(zhì)材料中，由于偶極子、熱離子和空間電荷受到周圍較大的黏滯阻力作用，極化建立時間較長(10^-9~10^-2s)，因此產(chǎn)生極化滯后現(xiàn)象即介質(zhì)的極化強(qiáng)度的變化滯后于電場強(qiáng)度的變化，從而會消耗一部分能量，形成弛豫損耗。電介質(zhì)材料中主要的弛豫損耗有偶極弛豫損耗、界面弛豫損耗、空間電荷弛豫損耗和熱離子弛豫損耗。

柯爾-柯爾圖

共振和弛豫是電介質(zhì)材料中介電損耗的兩個重要類型。其中共振損耗來源于快極化，通常出現(xiàn)在紅外以上的光頻段；弛豫損耗來源于慢極化，通常出現(xiàn)在紅外以下的微波、超聲等頻段。