电介质的极化机制

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1、电介质的极化机制常见的三种极化机制：电子位移、离子位移和固有偶极矩取向极化其它极化机制：热离子弛豫极化，空间电荷极化第二章：介电性质1wangcl@sdu.edu.cn电介质的特点是，在电场作用下要产生极化或极化状态改变，它以感应的方式而不是以传导的方式传递电的作用。不同晶系的晶体对称性不一样，这个不一样反映在介电性质上，就是他们的独立介电常数（或极化率）的数目不同，或者说，晶体的独立介电常数的数目与晶体的对称性有关。2wangcl@sdu.edu.cn电位移和极化强度的关系:极化强度的定义:3wangcl@

2、sdu.edu.cn在电场作用下，电介质要产生极化。从微观来看，介质极化的形成可以有以下三种情形组成介质的原子或离子，在电场作用下，原子的或离子的正负电荷中心不重合，即带正电的原子核与其壳层电子的负电中心不重合，因而产生感应偶极矩，称为电子位移极化。4wangcl@sdu.edu.cn组成介质的正负离子，在电场作用下，正负离子产生相对位移。因为正负离子的距离发生改变而产生的感应偶极矩，称为离子位移极化。5wangcl@sdu.edu.cn组成介质的分子为有极分子（即分子具有固有偶极矩），没有外电场作用时，这些

3、固有偶极矩的取向是无规则的，整个介质的偶极矩之和等于零。当有外电场时，这些固有偶极矩将转向并沿电场方向排列。因固有偶极矩转向而在介质中产生偶极矩，成为取向极化。6wangcl@sdu.edu.cn电子位移极化7wangcl@sdu.edu.cnPEelectronnuclear8wangcl@sdu.edu.cn当电场为零时，组成介质的原子（或离子）其壳层电子的负电中心与原子核（正电中心）重合，不存在偶极矩。当电场不为零时，壳层电子沿电场相反方向移动，原子核则沿电场方向移动（或者说电子云发生畸变）。可见电场的

4、作用是使正负电中心分离。9wangcl@sdu.edu.cn另一方面，壳层电子与原子核之间的相互吸引力的作用是使正负电中心重合。就是在这二各力的作用下原子处于一种新的平衡状态。在这个新平衡状态中该原子具有一个有限大小的感应偶极矩，用Pe表示感应偶极矩的大小，Pe与电场之间的关系为：10wangcl@sdu.edu.cn其中e称为电子位移极化率。为了估计一下电子位移极化率的大小，我们以氢原子为例说明如下。11wangcl@sdu.edu.cn设电场E的方向与氢原子轨道平面垂直，电子轨道半径为a，如图2-2。若

5、电子轨道平面偏离原子核的距离为x，则感应偶极矩为：12wangcl@sdu.edu.cn图2-2在外电场E的作用下氢原子的壳层电子轨道位移示意图X=13wangcl@sdu.edu.cn式中电荷e和电场E是已知量，如果把x也用已知量表示出，e的大小即可解决。现在就来求x=?14wangcl@sdu.edu.cn因为壳层电子-e是在电场力f1=-eE和原子核的吸引力f2=-e2/(a2+x2)共同作用下达到新的力学平衡状态的。f2在f1方向上的分量为：15wangcl@sdu.edu.cn当电场不是很大时，正

6、负电荷中心的偏离x很小，即有x<

7、量级相同。应该指出，上式是从最简单的氢原子得到的，对于较复杂的原子，电子位移极化率与轨道半径的立方成正比的关系仍然成立。从这个关系还可以看出以下几点：20wangcl@sdu.edu.cn因为原子内层电子受到原子核束缚较大，所以内层电子在外电场作用下产生的位移较小，因而对电子位移极化率的贡献也较小；原子的外层电子，特别是价电子，受到原子核束缚较小，在外电场作用下，这些电子产生的位移最大，因而对电子位移极化率的贡献也最大。可以认为原子中价电子对电子位移极化率的贡献最大。21wangcl@sdu.edu.cn离子

8、的电子位移极化率的性质与原子的电子位移极化率的性质大致相同。因为原子得到了电子就成为了负离子，原子失去了电子就成为正离子，所以一般负离子的电子位移极化率大于正离子的电子位移极化率。22wangcl@sdu.edu.cn因为介质的极化强度等于其单位体积中的偶极矩之和。可见极化强度的大小，不仅与偶极矩有关，而且也于单位体积中的偶极矩数目有关（或者说与单位体积内的粒子数有关）。因此，常用e/a3来衡量此