电介质物理

电介质一、电介质（绝缘体）在外电场的作用下不易传导电流的物体叫绝缘体又叫电介质1、电介质的分类无外电场时，正负电荷等效中心不重合，叫做有极分子无外电场时，正负电荷等效中心重合，叫做无极分子2、电介质的极化对于有极分子，无外电场时，由于分子的热运动，分子的取向是杂乱无章的。

施加电场后，分子受到电场力作用排列变得规则。

在分子热运动和外电场的共同作用下，分子排列比较规则。

这种极化叫做有极分子的取向极化。

对于无极分子，无外电场时，分子内的正负电荷中心是重合的。

施加电场后，分子内的正负电荷受到电场力作用，各自的等效中心发生偏离。

这种极化叫做无极分子的位移极化。

对于有极分子，也会发生位移极化，只不过位移极化的效果远小于取向极化3、电介质极化的效果等效为电介质表面出现极化电荷（也叫束缚电荷），内部仍然为电中性。

表面的极化电荷会在电介质内产生与原电场方向相反的附加电场。

外加电场越强，附加电场也越强。

类比静电平衡中的导体0。

注意，电介质内部合场强不为0思考：附加电场的大小是否会超过外电场？答案：不会。

一般来说，物理反馈会减弱原来的变化，但不会出现反效果。

例如：勒沙特列原理（化学平衡的移动）、楞次定律（电磁感应）例1：解释：带电体能吸引轻小物体二、带电介质的平行板电容器1、带电介质对电容的影响假设电容器带电量Q 一定，电介质极化产生极化电荷，由于极化电荷会在电容内部产生附加电场E ’，会使得极板间电场E 0减小为合电场E= E 0 - E ’ ，从而使电势差U 减小，电容C 增加。

（若无特殊说明，默认为恒电量问题）假设电容器两板电势差U 一定，电介质极化产生极化电荷，由于极化电荷的感应效果，会使得极板上带电量Q 0增加为Q ，电容C 增加。

可见电介质极化使电容增大，增大的多少与极化的强弱有关。

2、介电常数介电常数ε反映了电介质极化的能力，也就反映了电容变化的程度。

真空的介电常数014kεπ= （利用这个恒等式可以将很多电学公式用ε0表示） 空气的介电常数114'4k k εππ=≈ 经常用相对介电常数εr 来表示：某物质的相对介电常数等于自身的介电常数与真空的比值（大于1）。

电介质物理学绪论电介质(dielectric)是在电场作用下具有极化能力并能在其中长期存在电场的一种物质。

电介质具有极化能力和其中能够长期存在电场这种性质是电介质的基本属性．也是电介质多种实际应用(如储存静电能)的基础。

静电场中电介质内部能够存在电场这一事实，已在静电学中应用高斯定理得到了证明，电介质的这一特性有别于金属导体材料，因为在静电平衡态导体内部的电场是等于零的。

如果运用现代固体物理的能带理论来定义电介质，则可将电介质定义为这样一种物质：它的能级图中基态被占满．基态与第一激发态之间被比较宽的禁带隔开，以致电子从正常态激发到相对于导带所必须的能量，大到可使电介质变到破坏。

电介质的能带结构可以用图一示意，为了便于将电介质的能带结构和半导体、导体的能带结构相比较，图中分别画出了它们的能带结构示意图．电介质对电场的响应特性不同于金属导体。

金属的特点是电子的共有化，体内有自由载流子，从而决定了金属具有良好的导电件，它们以传导方式来传递电的作用和影响。

然而，在电介质体内，一股情况下只具有被束缚着的电荷。

在电场的作用下，将不能以传导方式而只能以感应的方式，即以正、负电荷受电场驱使形成正、负电荷中心不相重合的电极化方式来传递和记录电的影响。

尽管对不同种类的电介质，电极化的机制各不相同，然而，以电极化方式响应电场的作用，却是共同的。

正因为如此研究电介质在电场作用下发生极化的物理过程并导出相应的规律，是电介质物理的一个重要课题。

由上所述，电介质体内一般没有自由电荷，具有良好的绝缘性能。

在工程应用上，常在需要将电路中具有不同电势的导体彼此隔开的地方使用电介质材料，就是利用介质的绝缘特性，从这个意义上讲，电介质又可称为绝缘材料(Insulating material)或绝缘体(insulator)。

与理想电介质不同，工程上实际电介质在电场作用下存在泄漏电流相电能的耗散以及在强电场下还可能导致电介质的破坏。

因此，如果将电介质物理看成是一种技术物理，那么除要研究极化外，还要研究有关电介质的电导、损耗以及击穿特性，这些就是电介质物理需要研究的主要问题。

电介质物理知识点总结电介质是一类具有不良导电性能的材料，可用于电容器、绝缘体等应用中。

电介质物理是研究介质在电场作用下的电学性能的科学。

电介质物理是电磁场理论和介质物理学的重要组成部分。

下面我们将对电介质物理的相关知识点进行总结和展开。

1. 电介质的基本性质电介质是一种不良导电性能的材料，通常包括固体、液体和气体。

电介质的主要特点是在外电场作用下会发生极化现象。

极化是指介电极化，即在电场作用下使介质内部出现正负电偶极子的排列现象，从而使介质产生极化电荷。

常见的电介质包括空气、水、玻璃、塑料等。

2. 电介质的极化过程当电介质处于外电场中时，介质内部的正负电荷将发生位移，使介质被极化。

电介质的极化过程可分为定向极化和非定向极化两种类型。

其中，定向极化是指在介质中存在有定向的分子或离子，当外电场作用下，这些分子或离子会按照一定方向排列，这种极化过程被称为定向极化；非定向极化是指介质中的分子或离子并不具有固定的方向排列，当外电场作用下，这些分子或离子将发生不规则的排列，这种极化过程被称为非定向极化。

极化过程使介质产生极化电荷，从而改变了介质的电学性能。

3. 介质极化的类型根据介质极化的不同类型，可以将极化过程分为电子极化、离子极化和取向极化。

电子极化是指在电场的作用下，介质中的电子云将出现位移，从而使整个分子或原子产生极化；离子极化是指在外电场作用下，介质中的阴离子和阳离子将发生位移，产生极化现象；取向极化是指在电场作用下，具有一定取向的分子或离子将产生极化现象。

不同类型的极化过程会影响介质的电学性能。

4. 介质极化与介电常数介质的极化现象将改变介质的电学性能，其中介电常数是一个重要的参数。

介电常数是介质在外电场作用下的电极化能力的体现，介电常数越大，介质的电极化能力越强。

介电常数的大小将影响介质的导电性、电容性等电学性能。

5. 介电损耗介质在外电场作用下会产生能量损耗，这种现象被称为介电损耗。

介电损耗会导致介质内部的吸收能量和产生热量，从而影响介质的电学性能。

参考答案第一章1. 电介质在电场作用下，在介质内部感应出偶极矩、介质表面出现束缚电荷的现象称为电介质的极化。

其宏观参数是介电系数ε。

2. 在电场作用下平板介质电容器的介质表面上的束缚电荷所产生的、与外电场方向相反的电场，起削弱外电场的作用，所以称为退极化电场。

退极化电场：平均宏观电场：充电电荷产生的电场：3. 计算氧的电子位移极化率:按式代入相应的数据进行计算。

4．氖的相对介电系数:单位体积的粒子数:，而所以:5．洛伦兹有效电场：εr与α的关系为：介电系数的温度系数为：6．时，洛伦兹有效电场可表示为：7. 克----莫方程赖以成立的条件：E”=0。

其应用范围：体心立方、面心立方，氯化钠型以及金刚石型结构的晶体；非极性及弱极性液体介质。

8．按洛伦兹有效电场计算模型可得：E”=0 时,所以9. 温度变化1度时, 介电系数的相对变化率称为介电系数的温度系数.10. 如高铝瓷, 其主要存在电子和离子的位移极化, 而掺杂的金红石和钛酸钙瓷除了含有电子和离子的位移极化以外, 还存在电子和离子的松弛极化。

极性介质在光频区将会出现电子和离子的位移极化, 在无线电频率区可出现松弛极化、偶极子转向极化和空间电荷极化。

11. 极化完成的时间在光频范围内的电子、离子位移极化都称为瞬间极化。

而在无线电频率范围内的松弛极化、自发式极化都称为缓慢式极化。

电子、离子的位移极化的极化完成的时间非常短，在秒的范围内，当外电场的频率在光频范围内时，极化能跟得上外电场交变频率的变化，不会产生极化损耗；而松弛极化的完成所需时间比较长，当外电场的频率比较高时，极化将跟不上交变电场的频率变化，产生极化滞后的现象，出现松弛极化损耗。

12．参照书中简原子结构模型中关于电子位移极化率的推导方法。

13．“-”表示了E ji的方向性。

14．参考有效电场一节。

15．求温度对介电系数的影响，可利用，对温度求导得出：。

由上式可知，由于电介质的密度减小，使得电子位移极化率及离子位移极化率所贡献的极化强度都减小，第一项为负值；但温度升高又使离子晶体的弹性联系减弱，离子位移极化加强，即第二项为正值；然而第二项又与第一项相差不多。

物理学中的电介质物理学理论电介质物理学理论是指在电学领域中，研究非金属材料在电场中的响应性质的学科，其研究的对象是电介质。

电介质是指在外界电场作用下，会将电能转换为其他形式的非导体材料。

电介质广泛应用于电子学、通信、电力等领域，是现代电子科技中不可或缺的一部分。

1. 电介质物理学理论的基础知识电介质在外界电场下会发生极化现象，也就是说，电介质中的电子、离子、偶极子等会产生相应的分布。

这种电荷分布会影响电介质中的电场分布，从而影响电介质物质的响应。

电介质分为线性电介质和非线性电介质，线性电介质遵循线性关系，而非线性电介质不遵循线性关系。

另外，电介质的极化可以分为自发极化和强制极化。

自发极化是指电介质中存在自发极化矢量，在无外界电场的作用下也会存在极化现象。

而强制极化是指电介质在受到外界电场的作用下，会出现新的极化矢量，这种极化是强制性的，与电介质自身性质无关。

2. 电介质的电容与介电常数对于一个电介质，其电容和介电常数是两个非常重要的参数。

电容指的是电荷与电势之间的比例关系，即电容等于电荷与电势的比值。

介电常数是电介质中电场强度与电位移密度之间的比值，介电常数越大，则电介质极化相对来说就越明显。

需要注意的是，电介质的介电常数会随着温度和频率的变化而变化。

在高温下介电常数通常会降低，而在频率高于1MHz时介电常数也会下降。

3. 非线性电介质的应用非线性电介质的特点是其电极化与电场的关系不是线性的，当电场强度超过一定阈值时，电介质中会出现非线性响应。

非线性电介质具有频率倍增与和谐倍频等非线性效应，被广泛用于激光技术、雷达通信以及图像处理等领域。

例如，二极管光谱翻转技术，通过在非线性晶体中将激光脉冲和稳态激光序列合并，可以生成高质量的超短脉冲。

4. 结语在科技不断进步的今天，电介质物理学理论正作为电子学、通信、电力等领域的重要组成部分，不断发掘和发展着。

通过系统而深入地学习电介质物理学理论，人们可以更好地理解各种电介质材料的性质，并将其应用于实际生活中的各种领域。

电介质的极化：在外电场的作用下，电介质内部沿电场方向产生感应偶极矩，在电介质表面出现极化电荷的现象称为电介质的极化。

电介质的损耗：电介质在外电场的作用下，将一部分电能转变为热能的物理过程，称为电介质的损耗。

电介质电击穿：在电场直接作用下发生的电介质被破坏的现象称为电介质点击穿。

极化强度P：一种为了衡量电介质极化的强弱，用单位体积中电介质感应偶极矩的矢量和所表示的物理量。

单位是C/m2。

退极化电场：电介质极化以后，电介质表面的极化电荷将削弱极板上的自由电荷所形成的电场，所以由极化电荷所产生的场强被称为自发极化：在没有外电场的作用下，晶体的正、负电荷重心不重合而呈现电偶极矩的现象称为电介质的自发极化。

电介质热击穿：由于电介质内部热的不稳定过程所造成的击穿现象。

迁移率：单位电场作用下的载流子沿电场方向的平均漂移速度称为载流子的迁移率。

自持放电：在电场强度临界值E m点之后，即使将外界电离因素去掉，放电仍将继续维持的，称为自持放电。

居里温度：由顺电相向铁电相转变的温度。

以针-板电场（针极分别为正极和负极）为例分析不均匀电场中气体放电的极性效应答：当针尖为正时，正的空间电荷削弱了针尖附近的电场，加强了正空间电荷到极板之间的弱电场。

这种情况相当于高电场区从针尖移向板极，像是正电极向负电极延伸了一段距离，因此击穿电压比针尖为负时低。

当针尖为负时，正空间电荷包围了针电极，加强了针尖附近的电场，而削弱了正空间电荷到极板之间的电场，使极板附近原来就比较弱的电场更加减弱了，像是增加了针尖的曲率半径，电极间的距离虽然缩短了一些，但电场却均匀了，因此负针-板电极的击穿电压高于正针-板电极的击穿电压。

简述钛酸钡铁电晶体180°畴和90°畴极化反转特点答：180°畴特点：①畴壁生长速度约是声速1/10~1/5。

②侧向移动速度约是10-6~10-2cm/s。

③空间电荷对于畴壁移动的影响，阻碍电畴的反转。