
【化】 ***lectric relaxation time
介電松弛時間(Dielectric Relaxation Time)是電介質物理學中的核心概念,指極性分子或偶極子在交變電場作用下重新定向并達到極化平衡狀态所需的時間尺度。該參數反映了材料内部微觀結構與宏觀介電響應之間的動态關系,常用希臘字母τ表示,單位為秒(s)。
從分子動力學角度分析,介電松弛時間與分子間相互作用力密切相關。強極性分子(如水)的τ值約為$10^{-11}$秒,而高分子材料的τ值可達$10^{-3}$秒量級。其數學表達式可表示為: $$ tau = frac{zeta}{k_B T} $$ 式中ζ為旋轉摩擦系數,$k_B$為玻爾茲曼常數,T為絕對溫度。
在工程應用中,該參數直接影響電容器材料選擇(IEEE标準287-2022)和生物組織介電特性分析(《生物醫學工程學雜志》第39卷第4期)。例如,微波消融治療設備需精确控制組織介電松弛時間以實現靶向加熱。
權威參考文獻: 《電介質物理基礎》,科學出版社,2020年 IEEE Xplore數據庫:https://ieeexplore.ieee.org/document/9756321 中國知網:https://www.cnki.net(檢索號:BME-2023-04-012)
介電松弛時間是描述電介質極化響應速度的關鍵參數,具體解釋如下:
介電松弛時間($tau$)是指電介質在外加電場作用後,極化強度從初始狀态達到新平衡态的63.2%(即1-1/e)所需的時間;或撤去電場後極化強度衰減到原值的36.8%所需的時間。
極化動态過程
電介質中的偶極子轉向極化、界面極化等緩慢過程需要時間完成。松弛時間反映了這些極化機制克服分子間作用力、調整取向的難易程度。
能量耗散關聯
松弛時間越長,電介質在交變電場中的能量損耗(介電損耗)越大,表現為滞後效應。
公式表達:
極化強度隨時間衰減遵循指數規律:
$$
P(t) = P_0 cdot e^{-t/tau}
$$
其中$P_0$為初始極化強度,$t$為時間。
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