电介质物理学risc哈理工电气专业课哈尔滨理工大学电气

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1、电介质物理学_RISC哈理工电气专业课哈尔滨理工大学电气.txt和英俊的男人握握手，和深刻的男人谈谈心，和成功的男人多交流，和普通的男人过日子。本文由刘闯287贡献pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。电介质物理学电气工程及其自动化刘骥2005绪论一、本课程研究内容(相对)介电常数ε介质损耗角正切tgδ电导率γ极化无单位第一章恒定电场下电介质的极化§1-1介质的极化及其表征参数一、极化定义1、极化过程损耗无单位电偶极子：-Q+Q学固有偶极矩电偶极矩大小：

2、μ

3、=Q?l方向：负电荷→正电荷单位：德拜（Debye）击穿场强Eb

4、击穿MV/m大l电导S/m主要研究：4大参数与介质微观结构的关系二、本课程重要地位基础课专业平台课滨理工专业课1D=3.33×10?30C?m微观中原子（分子）：→位移极化例子E=0E>0专业基础要求掌握：基本概念、基本规律、数量级三、课程考核正负电荷中心重合正负电荷中心分离

5、μ

6、=0

7、μ

8、≠0尔宏观中介质：→转向极化例子E=0E>0E>0期末（80%）+平时（10%）+实验（10%）哈宏观偶极矩Σμ=0偶极子转向偶极子转向一致-2-于是，对总电荷为零系统E>0E>0束缚电荷Ed退极化电场内部偶极矩抵消宏观偶极矩Σμ≠0该系统的电偶极矩：工2、极化定义定义：电介质在电

9、场作用下，沿电场方向产生偶极矩（感应偶极矩），介质表面产生束缚电荷（感应束缚电荷）的现象。m例：已知O-H键偶极矩为μO?H=5.27×10?30C?m，两个O-H键间夹角为104o，求强极性水分子的固有偶极矩μHO。2求该系统的电偶极矩。解：设参考点至点电荷qj的径向量为rj，系统的电极矩滨理例：m个电荷组成的系统中，在总电荷量为零，jΣ1qj=0，即=解：大学μH2O如图所示，令正负电荷重心坐标：76o尔哈222μ=μO?H+μO?H?2?μO?H?cos76o=6.49×10?30C?m3、极化结果①沿电场方向产生感应偶极矩Σμ≠0；②介质单位体积内电偶极矩向量

10、和Σμ/ΔV≠0；③介质表面产生（感应）束缚电荷σ'；④束缚电荷在介质内部产生退极化电场Ed。-3-二、表征极化的物理参数1、极化强度①定义：介质单位体积内电偶极矩向量和真空介质σ0(总电荷面密度)是表征介质在电场作用下极化程度的物理量。②P~σ'（表面束缚电荷面密度）关系（C/m2）σ''(自由电荷面密度)学Sσ'(束缚电荷面密度)大真空下，由高斯通量定理：任何闭合曲面的电感应强度（电位移矢量）积分等于其所包含的自由电荷电量，即∫D?ds=Q''D=Q''=σ''S滨理-4-工尔??

11、Σμ

12、=P?ΔV=P?L?ΔS?cosθ??σ'=P?cosθ对平板电容器介质，θ

13、=0，即σ'=P

14、Σμ

15、=σ'?ΔS?L所以对平板电容器系统，对均匀各向同性介质，D=ε0εED=ε0E（真空）D=ε0εE=σ0D=ε0E=σ''（真空）哈③P~E关系考虑平板电容器系统，外施电压恒定条件下，介质极化时电荷分布如图所示：介质存在时，有σ0=σ''+σ'因而存在关系式D=ε0E+PP=ε0(ε?1)E2、极化系数χα单位：（ε0=8.85×10?12F/m）大

16、F

17、②按电荷密度比值定义ε=

18、F0

19、=(q1q2qq)/12224πε0r124πε0εr12Ed工滨理哈μ=α?Eiα=μ对平板电容器系统，学3、（相对）介电常数①根据库仑力定义三、退极化电场

20、Ed：介质极化后，表面束缚电荷σ'在介质内部产生的附加电场，其作用使P减弱，故称为~。③按电容比值定义Ed=?σ'P=?ε0ε0PEd的一般形式：该方式定义容易测量，为常用方法。式中，C—填充介质时电容值；C0—真空时电容值（几何电容）。Ed=?βε0β—内电场系数，与介质形状有关，如表所示。分子极化率Ei意义为：单位电场强度（Ei=1V/m）下，每个分子在电场E方向感应的偶极矩。-5-尔4、分子极化率设作用于分子的电场Ei（一般Ei≠E），则每个分子平均感应偶极矩：四、极化种类①电子（位移）极化：瞬时温度无关一切物质②离子/原子（位移）极化：瞬时温度无关离子晶体③④

21、⑤⑥偶极子转向极化：松弛温度有关极性介质空间电荷极化：松弛温度有关杂质介质界面极化：松弛温度有关串联介质自发极化：松弛温度有关铁电体§1-2电介质的分类一、电介质定义电场作用下能建立极化的一切物质，不仅包括绝缘材料，还包括各种功能材料，如压电晶体、铁电体、电解液等。二、电介质分类1、非极性介质无外电场作用，分子正负电荷重心重合，不存在固有偶极矩，即μ0=0；①单原子分子He、Ne、Ar、Kr、Xe②相同原子构成的双原子分子H2、O2、N2、Cl2③结构对称的多原子分子ClCO2(O=C=O)大元素②结构不对称的多原子分子H2OC6H5Cl三、影响因素