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1、浓兴兴兴兴歼汽令穴嵌米来兴米浓狱物理介电常数。的愈义和性质知识湖北大学韦群浓兴余兴浓,摘要本文时介电常数￡的意义作了较全面的论述对,,,然而不同的极化机理有着大刁不同的介电常数下面.其色散特性和张童特性的实质进行了较深入的分析以最典型的原子阮素)晶体和离子晶体为例来说明.1314]据此可以认识到介电常数。是一个重要而复杂的物质,原子晶体仅具有电子位移极化其介电常数由克.常童劳修斯一莫索提(Clausius一Massotti)公式表示,在电磁场理论中研究电场与电介质的相互作用s一￡。l,:污丫l需要涉及介电常数￡;在固体物理中讨论晶体的介电=,r-nP叽()￡一‘￡OJ￡o,。无疑。性也需
2、用到介电常数是一个十分重要的物质。,:;.,,式中是电子位移极化率是表征原子性质的微观量飞常量然而由于各课程教学内容上的脱节往往使得学.、.为单位体积的原子数。生对介电常数缺乏全面深入的了解本文试图对介离子晶体只具有电子位移极化和离子位移极化,其电常数的意义及其特性作一些讨论;介电常数满足公式、一介电常数的意义。一。1了。2、..月叭a,,~、,下二户一=布n孤配+十戊一十下一l。,“宁““J-￡“、二凡/钵少电介质与导体的区别在于它是以感应而并非以传.n。:+。,导的方式传递电场的作用和影响在电介质中起主要式中为单位体积的正离子(或负离子)数;和漆,,、作用的是束缚电荷在电场的作用下它
3、们以正负电荷;一:。分别是正负离子的电子位移极化率为离子.军重心分离或取向的电极化方式作出响应介电常数正~,J切’~切”J碑2’“’‘“‘砂J~一~一一一一k”是综合反映介质内部电极化行为的一个主妻的宏观物位移极化率,是表征离子性质的微观量,其中k为准弹’’‘..座皇““”性常数与0)式相比,(2)式仅多出离子位移极化率气电介质电极化的微观机理有四种I’112:(l)电子位.“一项.,移极化在电场作用下组成介质的原子(或离子)中的存在空穴的离子晶体同时具有电子位移极化、离,.电子云发生畸变从而产生感应电矩;(2)离子位移极化子位移极化和取向极化,在忽略分子间相互作用的情,,、在电场作用下
4、组成介质的正负离子发生相对位移从祝一F,其介电常数可由德拜旧e勿e)公式粗略估算而产生感应电矩;(3)取向极化.介质的分子(或原胞)叫一,,,一、、具,,,三二,-有固有电矩在外电场作用下电矩沿外场定向排列八左、止‘‘’’。+2句35。、3kBTw’从而在介质中产生宏观电矩;(4)空间电荷(或面间)极丫尹.,化在非均匀介质中空间电荷在外电场作用下发生移其中,为单位体积的分子数;P0为分子的固有电矩;勺,,.动而在边界区域聚集从而产生感应电矩这四种极化为玻耳兹曼常数;T为绝对温度.与(2)式比较,(3)式多机理中前三种是主要的.刁.:一二,出取向极化率二一项各类电介质介电常数的大小和性质不
5、尽相同造‘r一’一’一d牟‘一~一3勺T”成这种差异的根本原因是什么呢?我们以线性固体电、、.介质,(l)(2)(3)式右边均含有粒子浓度n及相应极化为例从两个方面来讨论这个问题1.介电常数的大小与分子构造有关.介质的分子率,,由此可知,介电常数。是由三种极化率:。,:。和:‘..,构造各式各样,不同的分子构造,对应于不同的极化机给出的不过三种极化率的贡献大小并不相同其中电.理例如,无极分子电介质在无外电场时,分子的负电荷子位移极化受到提供最大宏观电场实验条件的限制,,。,电子的位移量十分小极化率:的数量级约为10’3Om对称地分布在正电荷的周围整个分子的等效电矩为3;.零在,;而离子位
6、移极化率:。与电子极化率叽近乎同量级;取外电场作用下它对应于电子位移极化有极分子电介质,在无外电场时,分子的正、负电荷分布不对称,向极化则由于固有电矩间的相互作用具有长程性质,.具有固有电矩.在外电场中,它(主要)对应于取向极化.一个分子的转向会带动周围许多分子的转向这样,使得:J’7’,取向极化率具有IJm的数量级它对介电常数的.贡献远大于位移极化率的贡献显然,三式所描述的不.。同极化过程的介电常数的大小是不相等的综上所述,不难看出,介电常数的大小与分子构造有关...2介电常数的性质与电介质的结构有关公式(l),,、、(2)(3)用三个微观量琳‘:J来表示宏观量。分子(或(Hz)。、。
7、,:,,J离子)极化率和反映一个分子(或离子)的性质l。图各种极化对钓贡献。而介电常数则依赖于分子(或离子)集合起来排列成.,固体的方式的结构)排列方式不同其介电常数{刀六一脚-午一切-价质N一、、十少‘..一E,n一田一+一田(4的性质亦不相同就线性介质来看它可分为各向同性和.,各向异性介质在各向同性介质中存在关系式D=。E7,N,。。式中是阻尼系数为单位体积的电子数是电子、..,式中介电常数。是与石D的方向无关的标量如果介质是本
