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液体混合物的介电弛豫理论

液体混合物的介电弛豫理论 微波工程仿真
2025-05-04
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导读:弛豫现象是指物理系统受到外界扰动(如电场、磁场或应力作用)后,从非平衡态逐渐恢复到平衡态的动力学过程。



弛豫现象是指物理系统受到外界扰动(如电场、磁场或应力作用)后,从非平衡态逐渐恢复到平衡态的动力学过程。这一过程通常表现为某种物理量(如极化强度、磁化强度或应变)随时间或频率的延迟响应。在电磁学、材料科学和生物物理学中,弛豫行为广泛存在于介电材料、磁性材料和复杂流体中。

目录



  • 弛豫的数学描述
  • 甘油中的弛豫行为
  • 参考资料



*

As shown below👇

*弛豫的数学描述

弛豫过程常用复介电常数表示,其虚部反映能量损耗,实部反映储能能力:

其中 ω 为角频率。典型模型包括:


(1) 德拜(Debye)模型

适用于单一弛豫时间的理想情况:

εs :静态低频介电常数

ε∞ :高频极限介电常数

τ:弛豫时间(系统恢复平衡的特征时间)。


(2) 哈夫利夏克-内加米(HN)模型

描述非理想弛豫(弛豫时间分布或不对称性):


α(0<α≤1):弛豫时间分布宽度参数(α=1时退化为Debye模型)

β(0<β≤1):弛豫对称性参数(反映弛豫峰的非对称性)。


(3) 科尔-科尔(Cole-Cole)模型

HN模型的特例(β=1),仅描述对称展宽的弛豫:




*甘油中的弛豫行为

纯甘油:

仅显示单一的德拜型弛豫(低频),源于—OH基团的偶极子转向,弛豫时间 τ 较长(高黏度导致分子运动缓慢)。


甘油-水混合物:

由于氢键网络和微观异质性,弛豫过程复杂化,需用哈夫利夏克-内加米(Havriliak–Negami,HN) 方程或Cole-Cole模型描述多弛豫时间分布。水的加入会引入额外的弛豫峰(如水分子的快速转向弛豫)。



实验表明:甘油水溶液的相对介电常数可通过调节混合比例实现增减,但介电弛豫频率的变化更会显著影响其介电常数和电导率特性。




参考文献



[1] P. M. Meaney, C. J. Fox, S. D. Geimer, and K. D. Paulsen, “Electrical Characterization of Glycerin: Water Mixtures: Implications for Use as a Coupling Medium in Microwave Tomography,” IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, vol. 65, no. 5, pp. 1471–1478, May 2017, doi: 10.1109/TMTT.2016.2638423.


        


#弛豫理论 #混合液体 #生物电磁

【声明】内容源于网络
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微波工程仿真
关注数学、电磁理论、微波射频、电路、工业设计等内容以及相关的仿真、设计工具软件。
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