電介質(zhì)物理第一章電介質(zhì)極化1ppt課件

1、n1.0 本章概要n1.1 真空中的電場(chǎng)n1.2 電介質(zhì)的極化和介電系數(shù)n1.3 洛倫茲有效電場(chǎng)和克勞斯-莫索蹄方程n1.4 極性液體電介質(zhì)的翁沙格有效電場(chǎng)n1.5 電介質(zhì)極化的機(jī)理n1.6 電介質(zhì)的介電系數(shù)及其溫度系數(shù)n1.7 離子晶體電介質(zhì)中的極化1 電介質(zhì)極化 返 回1.0 本章概要n1.0.1 本章目的n1.0.2 本章內(nèi)容n1.0.3 本章要求n1.0.4 本章重點(diǎn)n1.0.5 本章難點(diǎn)n1.0.6 本章作業(yè)返 回1.0.1 本章目的n電介質(zhì)的極化過程是電介質(zhì)物理研究的主要內(nèi)容和根本性任務(wù)。n電介質(zhì)的極化過程是認(rèn)識(shí)電介質(zhì)其它物理過程的基礎(chǔ)。n本章設(shè)置目的是為全面掌握電介質(zhì)物理打下堅(jiān)實(shí)

2、的基礎(chǔ)。返 回1.0.2 本章內(nèi)容n本章主要研究電介質(zhì)的極化機(jī)制及極化規(guī)律，全章及學(xué)時(shí)分布如下：n11真空中的靜電場(chǎng) 4學(xué)時(shí)n12電介質(zhì)的極化和介電系數(shù)2學(xué)時(shí)）n13洛倫茲有效電場(chǎng)4學(xué)時(shí)）n14翁沙格有效電場(chǎng) （2學(xué)時(shí)）n15電介質(zhì)極化機(jī)理4學(xué)時(shí)）n16介電系數(shù) （2學(xué)時(shí)）n17離子晶體極化2學(xué)時(shí)）返 回1.0.3 本章要求n通過本章學(xué)習(xí)，應(yīng)達(dá)到下述目標(biāo)：n1) 熟悉靜電場(chǎng)的基本概念和基本規(guī)律n2理解并掌握電介質(zhì)極化的關(guān)鍵概念：電介質(zhì) 介電常數(shù) 相對(duì)介電常數(shù) 電偶極化n3掌握洛倫茲有效電場(chǎng)n4) 掌握電介質(zhì)極化機(jī)理n5了解離子晶體極化機(jī)理返 回1.0.4 本章重點(diǎn)n電場(chǎng)的基本概念和規(guī)律；n電介

3、質(zhì)極化基本概念；n有效電場(chǎng)；n電介質(zhì)極化機(jī)理返 回1.0.5 本章難點(diǎn)n有效電場(chǎng)的概念返 回1.0.6 本章內(nèi)容n1-18 1-19 1-20 1-21 1-22 1-23 返 回1.1 真空中的電場(chǎng)n1什么是庫侖定律？（掌握）n2什么叫電場(chǎng)、靜電場(chǎng)、電場(chǎng)強(qiáng)度及電力線？電場(chǎng)有哪些基本性質(zhì)？（掌握)n3什么叫高斯定理？怎樣運(yùn)用高斯定理分析解決電場(chǎng)強(qiáng)度的計(jì)算問題？（掌握）n4什么叫電偶極子及其電矩？（掌握）n5什么叫電感應(yīng)強(qiáng)度電位移）？（掌握）n6什么叫電勢(shì)？如何分析計(jì)算典型電場(chǎng)中的電勢(shì)？（掌握）返 回1什么是庫侖定律？（掌握）n物理語言表述：n在真空中， 兩個(gè)點(diǎn)電荷之間的相互作用力的方向沿著這兩

4、個(gè)點(diǎn)電荷的連線，同號(hào)電荷相斥，異號(hào)電荷相吸，作用力的大小與電荷量的乘積成正比，而與這兩個(gè)點(diǎn)電荷之間的距離平方成反比n數(shù)學(xué)語言表述：n發(fā)現(xiàn)時(shí)間和發(fā)現(xiàn)人：n該定律是由法國(guó)工程師物理學(xué)家?guī)靵?736-1806于1785年所發(fā)現(xiàn)。n科學(xué)意義：n該定律是人類研究電現(xiàn)象的第一個(gè)定量化的規(guī)律，是電學(xué)尤其是靜電學(xué)的核心基礎(chǔ)，當(dāng)然也是電介質(zhì)物理學(xué)的核心基礎(chǔ)。返 回下一頁12122112212133014q qq qFFkrrrr 2什么叫電場(chǎng)、靜電場(chǎng)、電場(chǎng)強(qiáng)度及電力線？電場(chǎng)有哪些基本性質(zhì)？（掌握)nElectric field：n電荷或變化磁場(chǎng)周圍空間里存在的一種特殊形態(tài)的物質(zhì)。其基本特性是靜止電荷置于電場(chǎng)中將

5、受到作用力。通常電場(chǎng)性質(zhì)可通過電場(chǎng)強(qiáng)度E進(jìn)行定量描述，也可通過電力線形象直觀的描述nElectric field intensity：n置于電場(chǎng)中某點(diǎn)的一個(gè)試驗(yàn)電荷體積和電荷量都充分小不會(huì)改變?cè)瓉淼碾姾煞植迹艿牧εc它的電荷量的比值是一個(gè)與試驗(yàn)電荷無關(guān)而僅取決于電場(chǎng)該點(diǎn)性質(zhì)的量，這個(gè)比值描述了電場(chǎng)該點(diǎn)的性質(zhì)，稱為電場(chǎng)強(qiáng)度。電場(chǎng)強(qiáng)度是個(gè)矢量。 nLine of electric forece：n用來直觀地圖示電場(chǎng)分布的虛設(shè)的有向曲線族，曲線上每一點(diǎn)的切線方向與該點(diǎn)電場(chǎng)方向一致。返 回nStatic electric field：n靜止電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)叫做靜電場(chǎng)，又叫做庫侖場(chǎng)。nElectric

6、 Field基本性質(zhì)：n1處在電場(chǎng)中的任何帶電體都受到電場(chǎng)力的作用；n2帶電體在電場(chǎng)中移動(dòng)時(shí)，電場(chǎng)力將對(duì)帶電體做功；n3) 電場(chǎng)中任意一點(diǎn)的總場(chǎng)強(qiáng)等于各個(gè)電荷在該點(diǎn)各自產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)的矢量和。（場(chǎng)強(qiáng)疊加原理）返 回上一頁下一頁3什么叫高斯定理？怎樣運(yùn)用高斯定理分析解決電場(chǎng)強(qiáng)度的計(jì)算問題？（掌握）n電場(chǎng)強(qiáng)度通量的概念：n高斯定理物理語言表述：n對(duì)任意封閉曲面的電場(chǎng)強(qiáng)度通量正比于該封閉曲面內(nèi)電荷的代數(shù)和n高斯定理數(shù)學(xué)表述：n高斯定理的證明：n高斯定理的應(yīng)用：n能熟練地應(yīng)用高斯定理分析求解下列典型電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度分布規(guī)律并熟記結(jié)論n（1均勻帶電的球面及均勻帶電球體n（2無限大均勻帶電平面電荷面密度為）n（

7、3兩無限大帶電極板返 回VsdqqsdE00114什么叫電偶極子及其電矩？（掌握）n電偶極子的概念：n兩個(gè)大小相等的正負(fù)電荷相距L，L較討論中所涉及到的距離小得多，這一電荷系統(tǒng)稱為電偶極子，連接兩電荷的直線稱為電偶極子的軸線n是電介質(zhì)物理的基本模型和研究觀察對(duì)象n電矩的概念：n電量與矢徑的乘積定義為電矩，電矩是矢量，方向規(guī)定由負(fù)電荷指向正電荷。n電偶極子的場(chǎng)強(qiáng)特征：n電偶極子軸線上的分布特征：n任意一點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)與電矩?cái)?shù)值成正比，與電矩方向同向，與距中心的距離立方成反比n電偶極子中垂線的分布特征：n任意一點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)與電矩?cái)?shù)值成正比，與電矩方向反向，與距中心的距離立方成反比返 回qL5什么叫電感應(yīng)強(qiáng)度

8、電位移）？（掌握）n電感強(qiáng)度電位移概念：n電場(chǎng)中任意一點(diǎn)的電感強(qiáng)度在數(shù)值上等于感應(yīng)板置于該點(diǎn)感應(yīng)的最大電荷密度，方向與該點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)方向相同。n電位移的基本特性：n與產(chǎn)生電場(chǎng)的電荷的大小及分布狀況有關(guān)，與電場(chǎng)所在電介質(zhì)無關(guān)n介電常數(shù)n單位場(chǎng)強(qiáng)靜電場(chǎng)中所產(chǎn)生的電位移，一般地介電常數(shù)僅僅是電介質(zhì)結(jié)構(gòu)種類和狀態(tài)的函數(shù)，是物質(zhì)的物性參數(shù)之一n真空中介電常數(shù)n相對(duì)介電常數(shù)返 回EDr06什么叫電勢(shì)？如何分析計(jì)算典型電場(chǎng)中的電勢(shì)？（掌握）n電勢(shì)概念：將單位電荷移動(dòng)到無窮遠(yuǎn)處電場(chǎng)力所作的功n相關(guān)概念n等電勢(shì)面n電勢(shì)梯度：n在等電勢(shì)面外法線方向上單位長(zhǎng)度的變化所產(chǎn)生電勢(shì)變化量n電場(chǎng)強(qiáng)度的散度n即微元封閉曲面所包圍

9、的單位體積的通過該曲面的電場(chǎng)強(qiáng)度通量返 回ndndVVgradVkkSkVSdEVEEdiv1lim00aaaWVE dLqn電勢(shì)概念的應(yīng)用：（熟練掌握各種情形下電場(chǎng)中各點(diǎn)電勢(shì)的分析計(jì)算方法）n（1試計(jì)算點(diǎn)電荷電場(chǎng)中任意一點(diǎn)距離點(diǎn)電荷r的電勢(shì)。（掌握）n（2試計(jì)算點(diǎn)電荷系電場(chǎng)中任意一點(diǎn)的電勢(shì)。（掌握）n（3試計(jì)算連續(xù)分布均勻帶電球體球半徑為R，電荷體密度為 ）的任意一點(diǎn)的電勢(shì)。（理解）n擴(kuò)展問題：無限長(zhǎng)帶電線體，電荷線密度為 ；無限大帶電平面，電荷面密度為 ；等等返 回04pqVr104nipiiqVr04pdqVrn（4試證明電場(chǎng)強(qiáng)度大小與電勢(shì)梯度大小相等方向相反 （理解，記住結(jié)論）n（5試

10、證明電場(chǎng)強(qiáng)度散度定理： （理解，記住結(jié)論）n（6試建立用于求解普遍情形下電場(chǎng)中各點(diǎn)電勢(shì)的泊松方程及拉普拉斯方程。 （理解，記住結(jié)論）n泊松方程 n拉普拉斯方程返 回VgradVEdVEdivSdEVs02VEdivE02 V2222222sin1)(sinsin1)(1VrVrrVrrr1.2 電介質(zhì)的極化n1什么叫電介質(zhì)的極化？什么叫退極化電場(chǎng)？（掌握）n2描述電介質(zhì)極化行為的參量主要有哪些？這些參量是如何定義的？（掌握）n3描述極化過程的宏觀參數(shù)有哪些內(nèi)在聯(lián)系？什么是克勞修斯方程？它們是如何導(dǎo)出的？（掌握）返 回1什么叫電介質(zhì)的極化？什么叫退極化電場(chǎng)？（掌握）n自由電荷：n在電場(chǎng)的影響下，

11、物質(zhì)中含有可移動(dòng)宏觀距離的電荷叫做自由電荷。n束縛電荷：n如果電荷被緊密地束縛在局域位置上，不能作宏觀距離移動(dòng)，只能在原子范圍內(nèi)活動(dòng)，這種電荷叫做束縛電荷。n極化與極化電荷n在外電場(chǎng)的作用下，束縛電荷的局部移動(dòng)導(dǎo)致宏觀上顯示出電性，在電介質(zhì)的表面和內(nèi)部不均勻的地方出現(xiàn)電荷，這種現(xiàn)象稱為極化，出現(xiàn)的電荷稱為極化電荷。n退極化電場(chǎng)n這些極化電荷將改變?cè)瓉淼碾妶?chǎng)，由極化電荷所產(chǎn)生的電場(chǎng)稱退極化電場(chǎng)返 回2描述電介質(zhì)極化行為的參量主要有哪些？這些參量是如何定義的？（掌握）n相對(duì)介電常數(shù)： n在相同外加電壓下，電容器在電介質(zhì)中的電容量與真空中的電容量之比。n描述了電介質(zhì)對(duì)電容器的電容量影響n只與電介質(zhì)材

12、料和狀態(tài)有關(guān)，與外加電場(chǎng)無關(guān)。n極化強(qiáng)度n在外電場(chǎng)作用下單位體積所產(chǎn)生的感應(yīng)偶極矩的矢量和n有效電場(chǎng)n作用在極化粒子上的局部電場(chǎng)，是除了自身極化粒子外空間上所有自由電荷和偶極子在該點(diǎn)產(chǎn)生的電場(chǎng)。n極化率n作用在極化粒子上的單位有效電場(chǎng)所產(chǎn)生的偶極矩，通常只與電介質(zhì)材料極化粒子及其狀態(tài)相關(guān)，直接從微觀上描述了電介質(zhì)材料對(duì)極化過程的影響。n極化系數(shù)n與相對(duì)介電常數(shù)類似，表示了電介質(zhì)材料對(duì)電容量的宏觀影響返 回0CCr10limniiVPVeE1r3描述極化過程的宏觀參數(shù)有哪些內(nèi)在聯(lián)系？什么是克勞修斯方程？它們是如何導(dǎo)出的？（掌握）n描述幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)：n極板面積，間距n描述外電場(chǎng)參數(shù)：n宏觀施加外電

13、壓，宏觀外電場(chǎng)強(qiáng)度，極板自由電荷場(chǎng)強(qiáng) n描述電介質(zhì)材料物性參數(shù)：n電介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)，極化率，單位體積的粒子數(shù)n描述極化結(jié)果參數(shù)：n極化電荷面密度，極化強(qiáng)度 ，有效電場(chǎng)，退極化電場(chǎng)，極板電容返 回n（1極間電壓與電場(chǎng)關(guān)系n（2宏觀場(chǎng)強(qiáng)與自由電荷場(chǎng)強(qiáng)、退極化電場(chǎng)關(guān)系n（3表面束縛電荷與極化強(qiáng)度之間的關(guān)系n（4表面束縛電荷密度與宏觀場(chǎng)強(qiáng)的關(guān)系n（5極化強(qiáng)度與宏觀場(chǎng)強(qiáng)的關(guān)系n（6極化強(qiáng)度與有效電場(chǎng)的關(guān)系n（7克勞修斯方程返 回EdV dEEE0EEr)() 1(00cosPEENe0ePNN EEEPr00) 1(n1什么是有效電場(chǎng)？為何要討論研究有效電場(chǎng)？（掌握）n2洛倫茲在計(jì)算有效電場(chǎng)時(shí)采用了

14、什么樣的計(jì)算模型？（掌握）n3洛倫茲有效電場(chǎng)由哪三部分構(gòu)成？各部分是如何分析計(jì)算的？（掌握）n4什么是克勞斯-莫索蹄方程？它的使用條件是什么？（掌握）1.3 洛倫茲有效電場(chǎng)和克勞修斯-莫索締方程返 回n有效電場(chǎng) 是指作用在某一極化粒子上的局部電場(chǎng)。是除了被極化的該點(diǎn)的粒子之外所有外部自由電荷和極化偶極子在該點(diǎn)所產(chǎn)生的電場(chǎng)。n介電系數(shù)的預(yù)測(cè)是電介質(zhì)極化研究的根本目標(biāo)n由克勞修斯方程，必須首先預(yù)測(cè)出有效電場(chǎng)與宏觀外場(chǎng)的關(guān)系，再進(jìn)一步從微觀結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)極化特性極化率），方可實(shí)現(xiàn)目標(biāo)1什么是有效電場(chǎng)？為何要討論研究有效電場(chǎng)？（掌握）返 回EENe0n適當(dāng)?shù)拈L(zhǎng)度為半徑，在介質(zhì)中作一球。n球微觀上相對(duì)于極化粒

15、子足夠大，宏觀上相對(duì)于極板間距足夠小n球外分子原子對(duì)中心的作用，只具長(zhǎng)程性質(zhì)，可作連續(xù)介質(zhì)處理。n而球內(nèi)其他分子原子對(duì)中心的作用，則帶有短程性，必須考慮介質(zhì)的具體結(jié)構(gòu)。2洛倫茲在計(jì)算有效電場(chǎng)時(shí)采用了什么樣的計(jì)算模型？（掌握）返 回n第一部分：極板自由電荷在中心形成的電場(chǎng)，其值為 ：n第二部分：球外極化粒子的在中心形成的綜合電場(chǎng)，可歸結(jié)為兩部分構(gòu)成：n一部分是電介質(zhì)表面束縛電荷在中心形成的場(chǎng)強(qiáng)，其值為 ：n另一部分是球腔表面束縛電荷在中心形成的場(chǎng)強(qiáng)，其值為 ：n證明：n第三部分：球內(nèi)極化粒子在中心形成的綜合場(chǎng)強(qiáng)，可以證明參見教材），當(dāng)介質(zhì)具有中心反演對(duì)稱結(jié)構(gòu)時(shí)：n有效電場(chǎng)：n適用條件：非極性氣體

16、電介質(zhì)；低壓力極性氣體電介質(zhì)或高對(duì)稱性的立方點(diǎn)陣原子、離子晶體等分子間作用較小的電介質(zhì)。3洛倫茲有效電場(chǎng)由哪三部分構(gòu)成？各部分是如何分析計(jì)算的？適用條件是什么？（掌握）返 回00E12EEE10E 203PE 0E EEre32n由克勞修斯方程n將洛侖茲有效電場(chǎng)代入可得K-M方程n摩爾極化強(qiáng)度n對(duì)于一般電介質(zhì)磁導(dǎo)率為1則由n可得洛侖茲-洛侖斯方程：n 上述方程適用條件：n非極性氣體電介質(zhì)；n低壓力極性氣體電介質(zhì)；n高對(duì)稱性的立方點(diǎn)陣原子、離子晶體等分子間作用較小的電介質(zhì)。4什么是克勞修斯-莫索締方程？它的使用條件是什么？（掌握）返 回EENe00123rrN00132rgrNMPrn20201

17、32gNnMPnn1什么是翁沙格有效電場(chǎng)的模型？（掌握）n2翁沙格有效電場(chǎng)由是如何構(gòu)成的？（掌握）n3如何求解空球電場(chǎng)？（掌握）n4空球電場(chǎng)有哪些性質(zhì)和特點(diǎn)？ （掌握）n5如何求解反作用電場(chǎng)？（理解）n6什么是翁沙格方程？它是如何導(dǎo)出的？翁沙格方程方程是否適用于非極性介質(zhì)？（理解）n1.4 極性液體電介質(zhì)的翁沙格有效電場(chǎng)返 回n翁沙格假定：每個(gè)極性分子是一個(gè)半徑為a的空心球，球心有一電偶極子，該球被連續(xù)均勻的極性液體介質(zhì)包圍。1什么是翁沙格有效電場(chǎng)的模型？（掌握）返 回n有效電場(chǎng)：由空球電場(chǎng)和反作用電場(chǎng)兩部分構(gòu)成n空球電場(chǎng)：即將空球球心上的偶極子去掉，此時(shí)外電場(chǎng)在球內(nèi)形成的電場(chǎng)稱為空球電場(chǎng)n反

18、作用電場(chǎng)：沒有外電場(chǎng)作用時(shí)，空球中心的偶極子將對(duì)球外周圍的電介質(zhì)極化，從而在空球處產(chǎn)生極化電荷，該極化電荷在空球內(nèi)所產(chǎn)生的電場(chǎng)稱為反作用電場(chǎng)n2翁沙格有效電場(chǎng)由是如何構(gòu)成的？（掌握）返 回n1) 建立微分方程n3如何求解空球電場(chǎng)？（掌握）返 回2222222111()(sin)0sinsinVVVrrrrrr22211()(sin)0sinVVrrrrrn1) 建立微分方程n返 回2222222111()(sin)0sinsinVVVrrrrrr22211()(sin)0sinVVrrrrrn2) 確立邊界條件n（1球外無窮遠(yuǎn)處不受空球的影響 n（2空球界面上的電勢(shì)必須連續(xù) n（3空球界面上電

19、位移徑向分量必須連續(xù) n（4空球內(nèi)的電勢(shì)分布，在球心處為有限值nn3) 求微分方程通解n返 回(1)10 (cos )nnnnnnVA rB rP(1)20 (cos )nnnnnnVC rD rP/220(22 )!(cos )( 1)(cos )2!()!(2 )!nknknnknkPk nknkn4) 根據(jù)邊界條件確定待定系數(shù)返 回1AE 0 1nAn0nD 1n 0nnCB110132CE 3011012Ba E(1)10 (cos )nnnnnnVA rB rP(1)20 (cos )nnnnnnVC rD rP/220(22 )!(cos )( 1)(cos )2!()!(2 )!

20、nknknnknkPk nknkn5） 求出空球電場(chǎng)n返 回(1)10 (cos )nnnnnnVA rB rP(1)20 (cos )nnnnnnVC rD rP3201111301()(cos )(1)2aVErB rPEzr 1121010133(cos )22VErPEz10133212rrGEE4空球電場(chǎng)有哪些性質(zhì)和特點(diǎn)？ （掌握）n（1是均勻電場(chǎng)其方向與外電場(chǎng)方向平行n（2空球電場(chǎng)比外電場(chǎng)大，但最大不超過1.5倍n返 回10133212rrGEEn5如何求解反作用電場(chǎng)？（理解）返 回n1) 建立微分方程n返 回2222222111()(sin)0sinsinVVVrrrrrr222

21、11()(sin)0sinVVrrrrrn2) 確立邊界條件n10rV 12r ar aVV 1210r ar aVVrr 220cos4aVrn3) 求微分方程通解n返 回(1)10 (cos )nnnnnnVA rB rP(1)20 (cos )nnnnnnVC rD rP/220(22 )!(cos )( 1)(cos )2!()!(2 )!nknknnknkPk nknkn4) 根據(jù)邊界條件確定待定系數(shù)n返 回 0 nA 0nD 1n 0nnCB (1)10 (cos )nnnnnnVA rB rP(1)20 (cos )nnnnnnVC rD rP10321 4rB 1302(1)

22、1214rrCa 104D n5） 求出反作用電場(chǎng)n返 回1233002(1)3 cos111()4(21)421rrrVzrrr23302(1)111()421rrVzra2253302(1)131421rrzEgradVrrra 2530134zErrr 2302(1)11421rrEa 302(1)421rrRan6翁沙格有效電場(chǎng)n對(duì)非極性介質(zhì)利用以下幾個(gè)關(guān)系式n可以證明：n翁沙格有效電場(chǎng)同樣適用于非極性介質(zhì)n此時(shí)翁沙格有效電場(chǎng)轉(zhuǎn)化為洛侖茲有效電場(chǎng)返 回302(1)421rrRa302(1)3121421rrerrEGREa312rrGEeE ePN E 0()PE 3413aN 00n

23、6什么是翁沙格方程？它是如何導(dǎo)出的？翁沙格方程方程是否適用于非極性介質(zhì)？（理解）返 回2220220()(2)1(2)33rrrnnNnkTn由洛倫茲-洛侖斯方程：n將其代入n翁沙格有效電場(chǎng)6什么是翁沙格方程？它是如何導(dǎo)出的？翁沙格方程方程是否適用于非極性介質(zhì)？（理解）返 回2020132gNnMPn2200220331122nMnNnN n0eE2002312enEN n302(1)321421rrerrEEa02(1)321321rrrrNE200202(1)331()2 21321rrrrnNEN nn整理可得：n令：n那么：6什么是翁沙格方程？它是如何導(dǎo)出的？翁沙格方程方程是否適用于非

24、極性介質(zhì)？（理解）返 回220022(2)(21)(1)3362rrrrnnEnNn11E 2102(2)(21)36rrnn 23102(1)42rrnanPN11NEn在反作用電場(chǎng)作用下所產(chǎn)生的偶極子，其取向是隨幾的，但在空球電場(chǎng)作用下，帶有傾向性，即傾向于空球電場(chǎng)的方向，也就是在空間上偶極子取向沿不同方向的概率密度不一樣，其中沿空球電場(chǎng)方向最大其余方向服從玻爾茲曼統(tǒng)計(jì)分布規(guī)律，6什么是翁沙格方程？它是如何導(dǎo)出的？翁沙格方程方程是否適用于非極性介質(zhì)？（理解）返 回110110cos (sinexp()(sinexp()GdGkTGGdkTn6什么是翁沙格方程？它是如何導(dǎo)出的？翁沙格方程方程

25、是否適用于非極性介質(zhì)？（理解）返 回111111exp()exp()1exp()exp()GGGkTkTGGGGkTkTkT110110cos (sinexp()(sinexp()GdGkTGGdkT11()GGLkTG2111133GGGGkTGkTn6什么是翁沙格方程？它是如何導(dǎo)出的？翁沙格方程方程是否適用于非極性介質(zhì)？（理解）返 回01(1)()rPENGE013(1)()12rrrENEE 013(1)()12rrrN 2102(2)(21)36rrnn23102(1)42rrnan2220220()(2)1(2)33rrrnnNnkT將代入上式整理作業(yè)：返 回n1-8 1-18 1-

26、19 1-20n1什么是電子位移極化？電子位移極化有哪三種模型？（掌）n2如何根據(jù)電子位移模型推算極化率？（掌握)n3什么叫離子位移極化？（掌握)n4如何從理論上預(yù)測(cè)離子位移極化率？（理解）n5離子位移極化率有哪些性質(zhì)和特點(diǎn)？（掌握）n6什么叫偶極子轉(zhuǎn)向極化？（掌握）n7偶極子轉(zhuǎn)向極化規(guī)律極化率如何獲得？（理解）n8偶極子轉(zhuǎn)向極化有哪些性質(zhì)和特點(diǎn)？（掌握）n9什么叫熱離子松弛極化？（雜質(zhì)缺陷離子取向極化）（掌握）n10如何獲得熱離子松弛極化規(guī)律？（理解）n11熱離子松弛極化有哪些性質(zhì)和特點(diǎn)？（掌握）n12什么叫空間電荷極化？（掌握）n13如何分析解決空間電荷極化規(guī)律？（掌握)n14空間電荷極化

27、有哪些性質(zhì)和特點(diǎn)？（掌握）n15如何分析雙層電介質(zhì)的極化過程及其規(guī)律？（掌握）1.5 電介質(zhì)極化的機(jī)理返 回n在無外電場(chǎng)時(shí)，原子核與電子云重心是重合的，加上外電場(chǎng)后，其重心分離而形成偶極子，這種極化稱為電子位移極化。其模型有：球狀簡(jiǎn)原子模型、圓周軌道模型、物質(zhì)球模型三種n球狀簡(jiǎn)原子模型：n在帶正電荷的原子核周圍，電子云均勻地分布在半徑為r的球內(nèi)，在電場(chǎng)作用下，電子云、原子核將受到大小相等方向相反的電場(chǎng)力的作用，從而產(chǎn)生偶極矩。n圓周軌道模型：n假定一點(diǎn)電荷繞核電荷的一個(gè)圓周軌道運(yùn)行，在電場(chǎng)作用下電子軌道反方向移動(dòng)一段距離，因此而形成偶極矩。n物質(zhì)球模型：n將原子看作是介電系數(shù)為的物質(zhì)球，當(dāng)原子

28、處于電場(chǎng)中時(shí)，物質(zhì)球表面將產(chǎn)生感應(yīng)極化電荷從而形成感應(yīng)偶極子。1什么是電子位移極化？電子位移極化有哪三種模型？（掌握）返 回n球狀簡(jiǎn)原子模型n圓周軌道模型n物質(zhì)球模型2如何根據(jù)電子位移模型推算極化率？（掌握）返 回n設(shè)原子為帶正電Ze點(diǎn)電荷的原子核與半徑為r的球內(nèi)均勻分布電子云構(gòu)成。在外電場(chǎng)Ee作用下，電子云形狀大小不變只是其中心與原子核產(chǎn)生了相對(duì)位移d而被極化，求極化率為多少？n 解：n(a) 受力分析n(b) 求電場(chǎng)力和庫倫引力的大小n(c) 平衡時(shí)則可得到 n (1)球狀簡(jiǎn)原子模型返 回304rn設(shè)原子為帶正電q的點(diǎn)電荷原子核與軌道半徑為r處帶負(fù)電的點(diǎn)電荷電子構(gòu)成。在外電場(chǎng)Ee作用下，電

29、子軌道中心在軌道平面的法向方向上與原子核產(chǎn)生相對(duì)位移d而被極化，求極化率為多少？n解：n（a首先考查單個(gè)粒子，且軌道法向與電場(chǎng)方向平行n（b） 其次考查單個(gè)粒子，但軌道平面法向與電場(chǎng)方向夾角n（c第三考慮N個(gè)粒子的平均值(2) 圓周軌道模型返 回304er2cosEqd3043ern設(shè)原子為介電系數(shù)半徑為r的物質(zhì)球，極化過程可視為將此球置于真空電場(chǎng)E0，求極化率為多少？n 解：na列方程求解球外空間的電勢(shì)分布n nb球面極化電荷即偶極子在任意一點(diǎn)P(r,z)所產(chǎn)生的電勢(shì)n nc偶極矩為的偶極子在空間任意一點(diǎn)處的電勢(shì)為：n nd比較b.c可得 (3) 物質(zhì)球模型返 回300042ea30030(

30、 , )(1)2aV r zE zr300030( , )( , )( , )2aV r zV r zVr zE zr233000coscos( , )444rzV r zrrrna三種模型預(yù)測(cè)結(jié)果定性上是一致的，原子體積越大，極化率越大nb三種模型在定量上有差別，其中實(shí)驗(yàn)值在前兩種模型預(yù)測(cè)值之間，說明模型的預(yù)測(cè)是有效的nc同族元素自上而下極化率增加nd同周期元素由左自右，由兩個(gè)相反的因素綜合決定。ne. 離子的電子位移極化率變化規(guī)律與原子類似，半徑越大價(jià)電子越多越大，負(fù)離子比正離子大nf. 極化率與粒子體積之比越大的粒子對(duì)極化貢獻(xiàn)越大ng. 電子位移極化率與溫度無關(guān)nh. 電子位移完成時(shí)間很

31、短10-1410-15sni. 電子位移極化發(fā)生在所有的介質(zhì)中。(4)模型計(jì)算結(jié)果討論返 回n離子晶體在電場(chǎng)作用下，正負(fù)離子沿相反方向位移而形成極化，稱為離子位移極化，極化率用a表示。3什么叫離子位移極化？（掌握)返 回n（1諧振子模型n（2相互作用勢(shì)模型4如何從理論上預(yù)測(cè)離子位移極化率？（理解）返 回n將離子晶體中正負(fù)離子看作是一對(duì)質(zhì)量分別為m1、m2一對(duì)諧振子，未加電場(chǎng)時(shí)諧振子處于平衡位置，加上電場(chǎng)E之后，在電場(chǎng)力作用下，離子間產(chǎn)生相對(duì)位移r，則離子間由于相對(duì)位移將產(chǎn)生相互作用力，此作用力可視為彈性恢復(fù)力與相對(duì)位移成正比），當(dāng)恢復(fù)力與電場(chǎng)力相等時(shí)，則處于新的平衡狀態(tài)。試分析求解此種情形下離

32、子位移極化率的表達(dá)式？n解：nA. 由受力平衡可得n nB由諧振子折合質(zhì)量、本征諧振頻率、本征諧振角頻率可得n nC離子位移極化率（1諧振子模型返 回2aqK221221204()C M MKMM N220122212()4aN qMMC M Mn 將離子晶體中的任意一個(gè)離子看作是一個(gè)置于離子晶體中受到周圍所有離子所形成的庫倫引力勢(shì)場(chǎng)和電子云斥力勢(shì)場(chǎng)的雙重作用下的平衡體系，當(dāng)外電場(chǎng)作用下，原有的平衡被打破，離子在原有的位置上產(chǎn)生了偏移，從而原有的庫倫引力和斥力勢(shì)場(chǎng)發(fā)生變化產(chǎn)生了凈的作用力，當(dāng)其與電場(chǎng)力相平衡后則達(dá)到新的平衡位置。試根據(jù)上述模型分析求解離子極化率的表達(dá)式。n解：nA孤立離子對(duì)的相

33、互作用勢(shì)能為：n nB由勢(shì)能和勢(shì)力及彈性恢復(fù)系數(shù)之間的關(guān)系n n無外力作用下，晶格處勢(shì)能取得極小值 nC將勢(shì)能函數(shù)在a處展開，取前三項(xiàng)可解得n nD極化率n （2相互作用勢(shì)模型返 回200( )44nqbU rrr 22dFd UKdrdr 12naqbn2222230(1)4r anqd Ud UKdrdra 23041aqaKnn（1只發(fā)生于離子晶體中n（2離子位移極化時(shí)間比電子位移極化時(shí)間約長(zhǎng)-12-13s，當(dāng)電場(chǎng)頻率低于紅外光頻率可完成極化。n（3極化率隨離子間距的增大而增大n（4隨溫度的上升，極化率約有增加5離子位移極化率有哪些性質(zhì)和特點(diǎn)？（掌握）返 回n在外場(chǎng)作用下，每個(gè)極性分子的

34、偶極矩產(chǎn)生轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)，趨向于外場(chǎng)方向，從而產(chǎn)生整體宏觀的外場(chǎng)方向上的電矩，這樣的極化稱為轉(zhuǎn)向極化。6什么叫偶極子轉(zhuǎn)向極化？（掌握）返 回7偶極子轉(zhuǎn)向極化規(guī)律極化率如何獲得？（掌握）返 回203dkTn（1轉(zhuǎn)向極化只發(fā)生在極性介質(zhì)中n（2轉(zhuǎn)向極化速度較慢，完成時(shí)間較長(zhǎng)，約10-210-6sn（3轉(zhuǎn)向極化率大小與溫度成反比8偶極子轉(zhuǎn)向極化有哪些性質(zhì)和特點(diǎn)？（掌握）返 回n由于電介質(zhì)中存在某些弱聯(lián)系的帶電質(zhì)點(diǎn)，在電場(chǎng)作用下作定向移動(dòng)而產(chǎn)生的極化，稱為熱離子松弛極化。n弱聯(lián)系離子：雜質(zhì)、缺陷附近的離子n松弛極化：極化方向的改變滯后于電場(chǎng)方向的改變稱為松弛極化。9什么叫熱離子松弛極化？（雜質(zhì)缺陷離子取向極

35、化）（掌握）返 回10如何獲得熱離子松弛極化規(guī)律？（理解）返 回n（1熱離子松弛極化發(fā)生于存在弱聯(lián)系離子雜質(zhì)和缺陷晶體物質(zhì)。n（2極化完成時(shí)間約10-210-6s之間，屬于慢極化。n（3u越低，電場(chǎng)越強(qiáng)，溫度越低，則越小，極化越快。n（4當(dāng)外場(chǎng)較弱時(shí)，極化率與溫度成反比11熱離子松弛極化有哪些性質(zhì)和特點(diǎn)？（掌握）返 回n電介質(zhì)中的自由電荷載流子正、負(fù)離子或電子可以在缺陷和不同介質(zhì)的界面上積聚，形成空間電荷的局部積累使電介質(zhì)中的電荷分布不均勻，產(chǎn)生宏觀電矩。這種極化稱為空間電荷極化或夾層、界面極化。12什么叫空間電荷極化？（掌握）返 回13如何分析解決空間電荷極化規(guī)律？（掌握)返 回14空間電荷

36、極化有哪些性質(zhì)和特點(diǎn)？（掌握）n（1只發(fā)生于非均質(zhì)的電介質(zhì)中n（2極化速度最慢，屬于慢極化，速度取決于特征時(shí)間n（3對(duì)雙層電介質(zhì)，界面處積聚電荷正負(fù)性由下式正負(fù)號(hào)決定n（4雙層電介質(zhì)n 平均場(chǎng)強(qiáng)n n 等效電導(dǎo)率n 返 回 122112VEdd12121221()ddJEdd n（1電勢(shì)隨時(shí)間和x坐標(biāo)分布示意圖n（2電場(chǎng)強(qiáng)度隨時(shí)間分布示意圖n（3界面電荷隨時(shí)間分布示意圖n（4極板電荷隨時(shí)間分布示意圖n（5各種電流隨時(shí)間的分布示意圖15如何分析應(yīng)用圖形描述雙層電介質(zhì)的極化過程及其規(guī)律？（掌握）返 回n1什么叫介電系數(shù)的溫度系數(shù)？為何要討論介電系數(shù)的溫度系數(shù)？（掌握）n2如何分析獲得氣體電介質(zhì)介電系數(shù)及其溫度系數(shù)變化規(guī)律？（掌握）n3如何分析獲得液體電介質(zhì)介電系數(shù)及其溫度系數(shù)的變化規(guī)律？（理解）n4如何分析獲得固體電介質(zhì)介電系數(shù)及其溫度系數(shù)的變化規(guī)律？（掌握）1.6 電介質(zhì)的介電系數(shù)及其溫度系數(shù)返 回n介電系數(shù)的溫度系數(shù)定義：n電容溫度系數(shù)的定義：n 兩者關(guān)系：n n當(dāng)忽略溫度對(duì)s、d的影響時(shí)n溫度對(duì)電介質(zhì)的性能將產(chǎn)生及其敏感的影響，為了保證電介質(zhì)工作性能的穩(wěn)定，必須對(duì)溫度影響電介質(zhì)性能的程度進(jìn)行定量的評(píng)價(jià)，以便根據(jù)使用情況作出合理的選擇。1什么叫介電系數(shù)的溫度系數(shù)？為何要討論介電系數(shù)的溫度系數(shù)？（掌握）返 回rrddTcdCCdTddrcrddCdsdC