第5讲 电介质理论 (1)
- 格式:ppt
- 大小:2.44 MB
- 文档页数:60
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。
第一章电介质基本物理知识电介质(或称绝缘介质)在电场作用下的物理现象主要有极化、电导、损耗和击穿。
在工程上所用的电介质分为气体、液体和固体三类。
目前,对这些电介质物理过程的阐述,以气体介质居多,液体和固体介质仅有一些基本理论,还有不少问题难以给出量的分析,这样就在很大程度上要依靠试验结果和工作经验来进行解释和判断。
第一节电介质的极化一、极化的含义电介质的分子结构可分为中性、弱极性和极性的,但从宏观来看都是不呈现极性的。
当把电介质放在电场中,电介质就要极化,其极化形式大体可分为两种类型:第一种类型的极化为立即瞬态过程,极化的建立及消失都以热能的形式在介质中消耗而缓慢进行,这种方式称为松弛极化。
电子和离子极化属于第一种,为完全弹性方式,其余的属于松弛极化型。
(一)电子极化电子极化存在于一切气体,液体和固体介质中,形成极化所需的时间极短,约为1015 s。
它与频率无关,受湿度影响小,具有弹性,这种极化无能量损失。
(二)原子或离子的位移极化当无电场作用时,中性分子的正、负电荷作用中心重合,将它放在电场中时,其正负电荷作用中心就分离,形成带有正负极性的偶极子。
离子式结构的电介质(如玻璃、云母等),在电场作用下,其正负离子被拉开,从而使正负电荷作用中心分离,使分子呈现极性,形成偶极子,形成正负电荷距离。
原子中的电子和原子核之间,或正离子和负离子之间,彼此都是紧密联系的。
因此在电场作用下,电子或离子所产生的位移是有限的,且随电场强度增强而增大,电场以清失,它们立即就像弹簧以样很快复原,所以通称弹性极化,其特点是无能量损耗,极化时间约为1013-s。
(三)偶极子转向极化电介质含有固有的极性分子,它们本来就是带有极性的偶极子,它的正负电荷作用中心不重合。
当无电场作用时,它们的分布是混乱的,宏观的看,电介质不呈现极性。
在电场作用下,这些偶极子顺电场方向扭转(分子间联系比较紧密的),或顺电场排列(分子间联系比较松散的)。