无机材料物理性能―第七章课件.ppt

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1、第7章无机材料的介电性能1、介质的极化1.1极化现象及其物理量自由电子在电场中移动金属导体在电场中1、介质的极化绝缘性电介质在电场中正负电荷中心分开形成偶极矩而极化1.1极化现象及其物理量1、介质的极化极化polarization:介质内质点（分子、原子、离子）正负电荷重心分离，转变成偶极子。-q+qlE电偶极矩偶极子μ=ql范德华力？键的极性：键矩？1.1极化现象及其物理量1、介质的极化1.1极化现象及其物理量极性分子在电场下转向极化示意图1、介质的极化极化率：单位电场强度下，质点电偶极矩的大小：极化强度Pintensity

2、ofpolarization:束缚电荷的面密度；单位体积内的电偶极矩之和1.1极化现象及其物理量1、介质的极化建立极化强度和宏观电场强度的关系定义：如果每一个偶极子方向相同，则：为电介质极化系数1.1极化现象及其物理量1、介质的极化1.1极化现象及其物理量电场强度材料特性如何评价材料的极化强度？1、介质的极化极化与介电常数真空下电容插入电介质后极化电容？不同电介质形成的电容不一样1.1极化现象及其物理量++++----1、介质的极化极化与介电常数相对介电常数越大储电能力越强1.1极化现象及其物理量介电常数：插入介质后，极板上电

3、荷量增加的比例1、介质的极化极化与介电常数1.1极化现象及其物理量真空时极板上自由电荷密度为宏观电场强度相对介电常数越大越容易极化电介质极化系数：束缚电荷和自由电荷的比例1、介质的极化1.1极化现象及其物理量电介质(dielectric)定义在电场作用下，能极化的一切物质介质的极化介质的损耗介电强度外加电场E外构成物体的所有质点电荷的电场之和E11、介质的极化1.2克劳修斯-莫索蒂方程宏观电场E++++++++++++-------------++--矢量和1、介质的极化1.2克劳修斯-莫索蒂方程原子位置的局部电场++++++

4、++++++-------------++-------++++1、介质的极化1.2克劳修斯-莫索蒂方程原子位置的局部电场+++---+-微小环球面表面积：微小环球面电荷：1、介质的极化1.2克劳修斯-莫索蒂方程原子位置的局部电场微小环球面在O点产生的电场（P方向投影）：1、介质的极化1.2克劳修斯-莫索蒂方程原子位置的局部电场原子处于立方对称位置，如果所有原子可以用彼此平行的典型偶极子代替：洛伦兹关系1、介质的极化1.2克劳修斯-莫索蒂方程建立宏观量与微观量的关系1、介质的极化1.2克劳修斯-莫索蒂方程多种极化质点：1、介质

5、的极化1.3极化分类电子极化离子极化偶极子转向极化1、介质的极化1.3极化分类位移式极化松弛式极化弹性的、瞬间完成的、不耗能与热运动有关，需要一定时间，非弹性，耗能1、介质的极化1.4电子位移极化在外电场作用下，原子外围的电子云相对于原子核发生相对位移形成的极化。电子位移极化的经典理论牛顿第二定律交变电场强度电子电子极化率电子位移极化时间1、介质的极化1.4电子位移极化电子位移极化的经典理论轨道模型玻尔原子模型离子的电子极化率规律？由该公式可求出离子半径1、介质的极化1.4电子位移极化量子理论禁带宽度越宽，电子位移极化率越小，

6、介电常数越小。1、介质的极化1.5离子位移极化离子在电场的作用下，偏移平衡位置引起的极化。-q+qδ-δ+1、介质的极化1.5离子位移极化离子极化率离子相对振动频率离子位移极化时间为10-13~10-12s1、介质的极化1.6离子松弛极化完整晶体玻璃晶体中杂质1、介质的极化1.6离子松弛极化结构正常区缺陷区离子松弛极化与离子电导势垒1、介质的极化1.6离子松弛极化加电场前后离子移动的势垒1、介质的极化1.6离子松弛极化为弱联系离子松弛时间极化强度为单位体积弱联系离子总数+x方向弱联系离子转移数：1、介质的极化1.6离子松弛极化

7、离子松弛极化率：温度越高，对质点的运动阻碍越强离子松弛极化率比位移极化率大一个数量级1、介质的极化1.6离子松弛极化温度的影响温度越高，松弛时间变短，而极化率降低，因而介电常数可能有最大值。1、介质的极化1.6离子松弛极化频率的影响离子松弛时间10-5~10-2s在无线电频率（106Hz）下，离子松弛极化来不及建立。频率越高，介电系数越小。1、介质的极化1.7电子松弛极化晶格振动下，弱束缚电子获更高能量短距离迁移，时间10-9~10-2s电子位移极化自由电子电子松弛极化频率高于109Hz时，该极化消失，类似离子松弛极化1、介质

8、的极化1.8转向极化热使偶极子方向混乱，电场使方向一致转向极化率：转向极化时间10-10~10-2s极化率大约为10-38Fm21、介质的极化1.8转向极化－－－+－－－－+－－－+－－－+－－+++++++－+－－－+－－－－+－－－－+－－－+－－++++++++离子跃迁