电介质及其介电特性-极化ppt课件.ppt

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1、电介质的极化2007年5月9日11.电介质极化的微观过程与表征2.非极性介质的电子位移极化3.极性介质的转向极化主要内容：电介质的极化2相对介电常数储存电荷的增加是由于电介质极化产生。电介质极化的微观过程与表征31.1什么是极化电介质极化的微观过程与表征在微观体系中，如果等量正负电荷的平均中心分离（不重合），则形成电偶极矩。无外电场作用时非极性分子极性分子存在固有电偶极矩在包含大量分子的物质系统中，非极性和极性分子组成的总的电矩也为零：4在外电场作用下，由于电场力的作用非极性分子：正负电荷平均中心距离发生位移，在电场方向产生一感应电矩。作用在分子上的有

2、效电场强度极性分子：除了由于电荷平均中心距离发生位移而形成感应电矩之外，还存在偶极分子的定向过程，总电矩不再为零。电介质极化的微观过程与表征介质的分子极化率在宏观上产生一剩余电矩。5定义：在电场作用下物质中产生感应电矩或剩余电矩的现象称为“极化”。（沿电场方向）极化是电介质在电场作用下产生的一种最基本的物理现象。定义“电介质是在电场下能产生极化作用的一类物质”。在微观上：极化用分子极化率来表征在宏观上：以单位体积内形成的总电矩来度量——极化强度。电介质极化的微观过程与表征单位体积内电介质的分子数第i个分子的电偶极矩61.2极化的方式——位移、转向、界

3、面电介质极化的微观过程与表征极化方式极化率极化建立时间s（1）电子位移极化（2）离子位移极化（3）热离子位移极化（4）热转向极化（5）弹性转向极化（6）空间电荷极化-（7）自持性极化-7电介质极化的微观过程与表征电子位移极化——ElectronicPolarization8电介质极化的微观过程与表征离子位移极化——IonicPolarization9电介质极化的微观过程与表征偶极转向极化——Orientational(Dipolar)Polarization介质极化强度10电介质极化的微观过程与表征界面极化——InterfacialPolarizat

4、ion11不同介质中的极化机理12介质极化的宏观表征参数——介电常数ε(Permittivity)电介质极化的微观过程与表征1.3极化的宏观表征根据库仑定律，点电荷在真空中的电场强度：ε0=8.8542×10-12（库2/牛·米2）真空介电常数在介质中，若电荷及距离不变，则极化引起电场强度下降：ε——介质的介电常数ε与ε0的比值即相对介电常数εr，反映空间电场强度下降倍率等同于13电介质极化的微观过程与表征由电工学可得：将极化强度代入，可得克劳休斯方程：则E为介质中的宏观平均电场强度，Ei为作用在介质分子上的有效电场强度，或称为分子内电场。上式是联系电

5、介质极化的宏观参数εr、E与微观参数、Ei的基本普适方程。适用于线性极化介质中的各种极化方式。14对于各种电介质的极化方程则需研究以下两方面的问题才能确定：（i）介质分子极化率与物质的微观结构参数及其它物理量（如温度、电场频率、电场强度等）的关系；（ii）作用于介质分子上的有效电场强度与介质中宏观电场强度之间的关系。这是电介质极化理论研究的主要内容。电介质极化的微观过程与表征15非极性介质的电子位移极化电子位移极化是一种基本的极化方式，存在所有介质中。在非极性介质中，电子位移极化是唯一的极化方式。未加外电场时，原子核周围的电子云的负电荷平均中心与带正

6、电荷的原子核相重合，因而电偶极矩为零。分子处于外电场中，分子中的电子和原子核受到电场力的作用。电子云的平均中心将相对于原子核产生位移，形成感应电矩，介质被极化。这种极化的建立和消除时间极短，约为10-14~10-15秒。因此，在可见光频率电磁场作用下亦能来得及建立。2.非极性介质的电子位移极化16e——电子位移极化率在电场作用下，电子位移极化形成的感应电偶极矩，与作用在质点上的有效电场强度成正比，且方向相同：对右图原子模型，如原子序数为Z，电子的电荷量为e，原子半径为a，则原子核的电荷应为Ze。而电子云电荷体密度为：在电场作用下，原子核沿电场方向相对

7、于电子云中心偏移X距离。原子核受到有效电场作用力以及电子云电荷对原子核恢复力。非极性介质的电子位移极化17有效电场作用力：原子感应偶极矩：电子云对原子核恢复力（库仑吸引）：平衡时：则：与前式比较可得原子的电子位移极化率：或：适用于静态条件，即直流电场。非极性介质的电子位移极化18如果突然去除极化电场，则只存在恢复力的作用，将电子拉向原子核。此时，负电荷中心运动方程：位移随时间的变化：电子位移极化率：振动频率：x0——电场去除前的位移me——电子有效质量非极性介质的电子位移极化19分子内电场是指作用到分子上的有效电场。包含极板自由电荷与分子周围偶极子的共

8、同作用。2.2分子内电场(LocalField)非极性介质的电子位移极化20即设介质处于两平板