电介质物理复习资料(完善版)

一． 导电性的分类及其关系 导体：具有良好的导电性，其电阻率在10-5欧·厘米以下 绝缘体：电阻率大于108欧·厘米的材料称作绝缘体. 半导体：电阻率介于金属和绝缘体之间。价带和导带之间存在着一个带隙，或称禁带

电子位移极化: 在外电场作用下，构成原子外围的电子云相对于原子核发生位移，这种极化称为电子位移极化（电子极化），其极化率称为电子位移极化率e.。极化率为快极化：10-15

–10-16s，该极化无损耗。

离子位移极化：离子晶体中正、负离子发生相对位移而形成的极化，称为离子（位移）极化(Ionic polarization)。极化率用i表示。 自发极化：在一定温度范围内、单位晶胞内正负电荷中心不重合，形成偶极矩，呈现极性。这种在无外电场作用下存在的极化现象称为自发极化。 偶极子转向极化：当极性分子受外电场作用时，偶极子就会产生转矩，由于偶极子与电场方向相同时具有最小位能，于是就电介质整体来看，偶极矩不再等于零，而出现沿电场方向的宏观偶极矩，这种极化现象称为偶极子转向极化。 热离子极化（离子松弛极化）为慢极化，建立时间约为10-2~10-6秒 夹层极化是多层电解质组成的复合绝缘中产生的一种特殊的空间电荷极化。其极化过程特别缓慢，所需时间由几秒到几十分钟，甚至更长，且极化过程伴随有较大的能量损耗，所以也属于有损极化。夹层极化的发生是由于各层电解质的介电常数不同，其电导率也不同，导致在各层介质的交界面上出现宏观上的空间电荷堆积，形成所谓的夹层极化。 二． 极化的微观概念：在电场作用下，虽然正电荷沿电场方向移动，负电荷逆电场方向移动，但它们并不能离开介质形成电流，只能产生微观尺度的相对位移——出现偶极矩，这个现象叫做极化。 极化的宏观概念：在外电场作用下，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叫作电介质的极化。 定义：单位体积内分子电距的矢量和为极化强度，反映了电解质的极化程度。

1-6 1-5 1-4 1-3 1-2 1低频音频射频红外紫外)(Hzf

1.电子位移极化2.离子位移极化3.自发极化4.偶极矩转向极化5.热离子极化6.夹层式极化

由界面自由电荷的缓慢集聚所形成的类似松弛极化的极化和损耗，称为Maxwell-Wagner夹层效应。

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EpENpi)1(0微观极化： 宏观极化：

克劳修斯方程： 电子位移极化结论 同族元素：e由上到下增大，因：外层电子数增加，原子半径R增大； 同周期元素：不定，因：外层电子数虽然增加，但轨道半径可能减小； 离子的电子位移极化率的变化规律与原子大致相同。 离子半径大，极化率大； 实测电子位移极化率与理论结果仍有差别，但研究发现，e/40R3值大，对极化贡献大，如：Pb2+、O2- 电子位移极化率与温度无关，因为，R与T无关； 极化率为快极化：10-15 –10-16s，在第二章解释该极化无损耗。在光频下，只有电子极化，介质的光折射率为：

21nn，质材料一般为介质的磁导率，对介光在介质中的速度

光在真空中的速度

为光频下的介电常数 离子位移极化结论 离子位移极化率与电子位移极化率几乎有相同的数量级，均在40（10-10）310-40法·米2

数量级； 离子位移极化只可能在离子晶体中存在，液体或气体介质中不存在离子极化； 离子位移极化只与离子晶体结构参数有关，与温度无关； 离子位移极化建立或消除时间与离子晶格振动周期有相同数量级，10-12~10-13秒。

秒。，建立时间：率：偶极矩转向极化及极化）（秒；，建立时间：）（：离子位移极化及极化率秒；，建立时间：：电子位移极化及极化率622021222122013123016153010~103.3410~10112.210~104.1kTMMCMMqNnAaR

diie









根据电介质分子参与极化运动的种类，把极化分成三类：电子位移极化e；离子位移极化i；偶极矩转向极化d。 电介质的总极化为： = e+i +d

极化的建立过程：在电场的作用下，极化的建立需要经过一定的时间才能达到平衡状态，如

电子位移极化和离子位移极化需10-16~10-12秒。松弛极化，如偶极矩转向和热离子极化需10-10

秒或更长，对静电场来说是有足够的时间让极化建立起来。 弛豫现象：实际介质的极化形成滞后于外加电场，并随时间电场作用时间的增加而增加，这种现象称为弛豫现象。 这一过程同时伴随一随时间而衰减的电流，称为吸收电流（或剩余电流）。

EEN

ENEpii001)1(





或：EG123



介电频率弥散区：考虑了介质的极化弛豫后，介电常数与频率有关，并在100>>0.01区域中，电介质性质发生变化，且伴随介质极化出现能量耗散，引起介质损耗，这种现象称为介质弥散，这个频率区称为弥散区。 微波炉的工作区：微波加热是使水分子产生谐振式极化而产生大量的热。水的固有振动频率为2450MHZ，故工作频率为2450MHZ。 电介质谐振式极化：分别对应于远红外光谱紫外光谱实部虚部对应吸收放射。 极化：1，弛豫式极化2，谐振式极化 德拜弛豫 极化介质的驰豫函数

谐振式极化：电介质里原子、分子体系中电子和晶格中离子固有振动频率为1012 HZ-1016 HZ。在红外、可见、紫外（1012 HZ-1016 HZ）频段内的光波作用下将产生谐振。

克一莫方程：MNMN2133000 翁萨格（Onsager）有效电场模型

电场作用在偶极矩上的有效化率极性分子的电子位移极极性分子固有偶极矩表示。理想偶极矩偶极矩用位于球心上的的小球，分子的成一半径为极性液体极性分子可看，ieieEaENa003134.1

球内）（）（球外）（）（得球内、外的电位为：，由拉普拉斯方程可求常数为连续的介质，介电的真空，小球外可视为则在介质中有一半径为的分子小球被挖出，为的作用下，并假想半径当电介质在外电场空腔电场—coscos.21211nnnnnnnnnnPrDrCPrBrAaaEG

0bcos22211211nararararrDdrrcrEa为有限值，即）在球心，表面分量连续，即：）球面上电位移的垂直等：）球面上两边的电位相：场不受空球的影响，即）离小球无限远处的电边界条件：



三．近20年里的至少3年的诺贝尔物理奖获得者及其主要成就 2014年诺贝尔物理学奖获奖者为赤崎勇、天野浩和中村修二。原因是发明“高亮度蓝色发光二极管” 2013年诺贝尔物理学奖获奖者为比利时物理学家弗朗索瓦·恩格勒特和英国物理学家彼



tet1)(得·希格斯。原因是两位科学家描述了粒子物理学的标准模型，其预测的基本粒子——希格斯玻色子，被欧洲核子研究中心运行的大型强子对撞机通过实验发现。 2011年诺贝尔物理学奖获奖者为美国加州大学伯克利分校天体物理学家萨尔·波尔马特、美国/澳大利亚物理学家布莱恩·施密特以及美国科学家亚当·里斯。原因是他们“通过观测遥远超新星发现宇宙的加速膨胀”。 2010年诺贝尔物理学奖获奖者为英国曼彻斯特大学科学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫。他们在2004年制成石墨烯材料。 2009年诺贝尔物理学奖获奖者为英国华裔科学家高锟以及美国科学家威拉德·博伊尔和乔治·史密斯。高锟获奖是由于在―有关光在纤维中的传输以用于光学通信方面‖作出了突破性成就，而两位美国科学家的主要成就是发明半导体成像器件电荷耦合器件（CCD）图像传感器。 2008年诺贝尔物理学奖获奖者为美国籍科学家南部阳一郎和日本科学家小林诚、益川敏英。南部阳一郎的贡献是发现了亚原子物理学中的自发对称性破缺机制，而小林诚和益川敏英的贡献是发现了有关对称性破缺的起源。 2007年，法国科学家阿尔贝·费尔和德国科学家彼得·格林贝格尔因发现―巨磁电阻‖效应而获诺贝尔物理学奖。 2006年，美国科学家约翰·马瑟和乔治·斯穆特因发现了宇宙微波背景辐射的黑体形式和各向异性而获奖。 2005年，美国科学家罗伊·格劳伯、约翰·霍尔和德国科学家特奥多尔·亨施因为―对光学相干的量子理论的贡献‖和对基于激光的精密光谱学发展作出了贡献而获奖。 2004年，诺贝尔物理学奖归属美国科学家戴维·格罗斯、戴维·波利策和弗兰克·维尔切克。他们发现了粒子物理强相互作用理论中的渐近自由现象。 2003年，拥有俄罗斯和美国双重国籍的科学家阿列克谢·阿布里科索夫、俄罗斯科学家维塔利?金茨堡以及拥有英国和美国双重国籍的科学家安东尼·莱格特因在超导体和超流体理论上作出了开创性贡献而获奖。 2002年，美国科学家雷蒙德·戴维斯、日本科学家小柴昌俊和美国科学家里卡尔多·贾科尼获得诺贝尔物理学奖。他们在天体物理学领域作出了先驱性贡献，其中包括在―探测宇宙中微子‖和―发现宇宙X射线源‖方面取得的成就。 2001年，美国科学家埃里克?康奈尔、卡尔·维曼和德国科学家沃尔夫冈?克特勒分享诺贝尔物理学奖。他们根据玻色－爱因斯坦理论发现了一种新的物质状态―碱金属原子稀薄气体的玻色－爱因斯坦凝聚‖。