電介質(zhì)物理-電介質(zhì)的極化

1、n1.0 本章概要n1.1 真空中的電場n1.2 電介質(zhì)的極化和介電系數(shù)n1.3 洛倫茲有效電場和克勞斯-莫索蹄方程n1.4 極性液體電介質(zhì)的翁沙格有效電場n1.5 電介質(zhì)極化的機理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n1.0.5 本章難點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。n電介質(zhì)的極化過程是認識電介質(zhì)其它物理過程的基礎。n本章設置目的是為全面掌握電介質(zhì)物理打下堅實

2、的基礎。返 回1.0.2 本章內(nèi)容n本章主要研究電介質(zhì)的極化機制及極化規(guī)律，全章及學時分布如下：n11真空中的靜電場 4學時n12電介質(zhì)的極化和介電系數(shù)（2學時）n13洛倫茲有效電場（4學時）n14翁沙格有效電場 （2學時）n15電介質(zhì)極化機理（4學時）n16介電系數(shù) （2學時）n17離子晶體極化（2學時）返 回1.0.3 本章要求n通過本章學習，應達到下述目標：n1) 熟悉靜電場的基本概念和基本規(guī)律n2）理解并掌握電介質(zhì)極化的關鍵概念：電介質(zhì) 介電常數(shù) 相對介電常數(shù) 電偶極化n3）掌握洛倫茲有效電場n4) 掌握電介質(zhì)極化機理n5）了解離子晶體極化機理返 回1.0.4 本章重點n電場的基本概念

3、和規(guī)律；n電介質(zhì)極化基本概念；n有效電場；n電介質(zhì)極化機理返 回1.0.5 本章難點n有效電場的概念返 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n1什么是庫侖定律？（掌握）n2什么叫電場、靜電場、電場強度及電力線？電場有哪些基本性質(zhì)？（掌握)n3什么叫高斯定理？怎樣運用高斯定理分析解決電場強度的計算問題？（掌握）n4什么叫電偶極子及其電矩？（掌握）n5什么叫電感應強度（電位移）？（掌握）n6什么叫電勢？如何分析計算典型電場中的電勢？（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， 兩個點電荷之間的相互作用

4、力的方向沿著這兩個點電荷的連線，同號電荷相斥，異號電荷相吸，作用力的大小與電荷量的乘積成正比，而與這兩個點電荷之間的距離平方成反比n數(shù)學語言表述：n發(fā)現(xiàn)時間和發(fā)現(xiàn)人：n該定律是由法國工程師物理學家?guī)靵觯?736-1806）于1785年所發(fā)現(xiàn)。n科學意義：n該定律是人類研究電現(xiàn)象的第一個定量化的規(guī)律，是電學尤其是靜電學的核心基礎，當然也是電介質(zhì)物理學的核心基礎。返 回下一頁12122112212133014q qq qFFkrrrr 2什么叫電場、靜電場、電場強度及電力線？電場有哪些基本性質(zhì)？（掌握)nElectric field：n電荷或變化磁場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

5、靜止電荷置于電場中將受到作用力。通常電場性質(zhì)可通過電場強度E進行定量描述，也可通過電力線形象直觀的描述nElectric field intensity：n置于電場中某點的一個試驗電荷（體積和電荷量都充分?。┎粫淖冊瓉淼碾姾煞植?，它所受的力與它的電荷量的比值是一個與試驗電荷無關而僅取決于電場該點性質(zhì)的量，這個比值描述了電場該點的性質(zhì)，稱為電場強度。電場強度是個矢量。 nLine of electric forece：n用來直觀地圖示電場分布的虛設的有向曲線族，曲線上每一點的切線方向與該點電場方向一致。返 回nStatic electric field：n靜止電荷產(chǎn)生的電場叫做靜電場，又叫做庫

6、侖場。nElectric Field基本性質(zhì)：n1）處在電場中的任何帶電體都受到電場力的作用；n2）帶電體在電場中移動時，電場力將對帶電體做功；n3) 電場中任意一點的總場強等于各個電荷在該點各自產(chǎn)生的場強的矢量和。（場強疊加原理）返 回上一頁下一頁3什么叫高斯定理？怎樣運用高斯定理分析解決電場強度的計算問題？（掌握）n電場強度通量的概念：n高斯定理物理語言表述：n對任意封閉曲面的電場強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)學表述：n高斯定理的證明：n高斯定理的應用：n能熟練地應用高斯定理分析求解下列典型電場的電場強度分布規(guī)律并熟記結論n（1）均勻帶電的球面及均勻帶電球體n（2）無限

7、大均勻帶電平面（電荷面密度為）n（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兩個大小相等的正負電荷相距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)定由負電荷指向正電荷。n電偶極子的場強特征：n電偶極子軸線上的分布特征：n任意一點的場強與電矩數(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任意一點的場強與電矩數(shù)值成正比，與電矩方向反向，與距中心的距離立

8、方成反比返 回qL5什么叫電感應強度（電位移）？（掌握）n電感強度（電位移）概念：n電場中任意一點的電感強度在數(shù)值上等于感應板置于該點感應的最大電荷密度，方向與該點的場強方向相同。n電位移的基本特性：n與產(chǎn)生電場的電荷的大小及分布狀況有關，與電場所在電介質(zhì)無關n介電常數(shù)n單位場強（靜電場中）所產(chǎn)生的電位移，一般地介電常數(shù)僅僅是電介質(zhì)結構種類和狀態(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相對介電常數(shù)返 回EDr06什么叫電勢？如何分析計算典型電場中的電勢？（掌握）n電勢概念：將單位電荷移動到無窮遠處電場力所作的功n相關概念n等電勢面n電勢梯度：n在等電勢面外法線方向上單位長度的變化所產(chǎn)生電

9、勢變化量n電場強度的散度n即微元封閉曲面所包圍的單位體積的通過該曲面的電場強度通量返 回ndndVVgradVkkSkVSdEVEEdiv1lim00aaaWVE dLqn電勢概念的應用：（熟練掌握各種情形下電場中各點電勢的分析計算方法）n（1）試計算點電荷電場中任意一點（距離點電荷r）的電勢。（掌握）n（2）試計算點電荷系電場中任意一點的電勢。（掌握）n（3）試計算連續(xù)分布均勻帶電球體（球半徑為R，電荷體密度為 ）的任意一點的電勢。（了解）n擴展問題：無限長帶電線體，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）試證明電場強

10、度大小與電勢梯度大小相等方向相反 （了解，記住結論）n（5）試證明電場強度散度定理： （了解，記住結論）n（6）試建立用于求解普遍情形下電場中各點電勢的泊松方程及拉普拉斯方程。 （了解，記住結論）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？（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？它們是如何導出的？（掌握）返 回1什么叫電介質(zhì)

11、的極化？什么叫退極化電場？（掌握）n自由電荷：n在電場的影響下，物質(zhì)中含有可移動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，只能在原子范圍內(nèi)活動，這種電荷叫做束縛電荷。n極化與極化電荷n在外電場的作用下，束縛電荷的局部移動導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n這些極化電荷將改變原來的電場，由極化電荷所產(chǎn)生的電場稱退極化電場返 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

12、中的電容量之比。n描述了電介質(zhì)對電容器的電容量影響n只與電介質(zhì)材料和狀態(tài)有關，與外加電場無關。n極化強度n在外電場作用下單位體積所產(chǎn)生的感應偶極矩的矢量和n有效電場n作用在極化粒子上的局部電場，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產(chǎn)生的電場。n極化率n作用在極化粒子上的單位有效電場所產(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，直接從微觀上描述了電介質(zhì)材料對極化過程的影響。n極化系數(shù)n與相對介電常數(shù)類似，表示了電介質(zhì)材料對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？它們是如何導出的？（掌握）n描

13、述幾何結構參數(shù)：n極板面積，間距n描述外電場參數(shù)：n宏觀施加外電壓，宏觀外電場強度，極板自由電荷場強 n描述電介質(zhì)材料物性參數(shù)：n電介質(zhì)的相對介電常數(shù)，極化率，單位體積的粒子數(shù)n描述極化結果參數(shù)：n極化電荷面密度，極化強度 ，有效電場，退極化電場，極板電容返 回n（1）極間電壓與電場關系n（2）宏觀場強與自由電荷場強、退極化電場關系n（3）表面束縛電荷與極化強度之間的關系n（4）表面束縛電荷密度與宏觀場強的關系n（5）極化強度與宏觀場強的關系n（6）極化強度與有效電場的關系n（7）克勞修斯方程返 回EdV dEEE0EEr)() 1(00cosPEENe0ePNN EEEPr00) 1(n1什

14、么是有效電場？為何要討論研究有效電場？（掌握）n2洛倫茲在計算有效電場時采用了什么樣的計算模型？（掌握）n3洛倫茲有效電場由哪三部分構成？各部分是如何分析計算的？（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 洛倫茲有效電場和克勞修斯-莫索締方程返 回n有效電場 是指作用在某一極化粒子上的局部電場。是除了被極化的該點的粒子之外所有外部自由電荷和極化偶極子在該點所產(chǎn)生的電場。n介電系數(shù)的預測是電介質(zhì)極化研究的根本目標n由克勞修斯方程，必須首先預測出有效電場與宏觀外場的關系，再進一步從微觀結構預測極化特性（極化率），方可實現(xiàn)目標1什么是有效電場？為何要討論研究有效電場？（

15、掌握）返 回EENe0n適當?shù)拈L度為半徑，在介質(zhì)中作一球。n球微觀上（相對于極化粒子）足夠大，宏觀上（相對于極板間距）足夠小n球外分子（原子）對中心的作用，只具長程性質(zhì)，可作連續(xù)介質(zhì)處理。n而球內(nèi)其他分子（原子）對中心的作用，則帶有短程性，必須考慮介質(zhì)的具體結構。2洛倫茲在計算有效電場時采用了什么樣的計算模型？（掌握）返 回n第一部分：極板自由電荷在中心形成的電場，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，可歸結為兩部分構成：n一部分是電介質(zhì)表面束縛電荷在中心形成的場強，其值為 ：n另一部分是球腔表面束縛電荷在中心形成的場強，其值為 ：n證明：n第三部分：球內(nèi)極化粒子在中心形成

16、的綜合場強，可以證明（參見教材），當介質(zhì)具有中心反演對稱結構時：n有效電場：n適用條件：非極性氣體電介質(zhì)；低壓力極性氣體電介質(zhì)或高對稱性的立方點陣原子、離子晶體等分子間作用較小的電介質(zhì)。3洛倫茲有效電場由哪三部分構成？各部分是如何分析計算的？適用條件是什么？（掌握）返 回00E12EEE10E 203PE 0EEEre32n由克勞修斯方程n將洛侖茲有效電場代入可得K-M方程n摩爾極化強度n對于一般電介質(zhì)磁導率為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高對稱性的立方點陣原子、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

17、？它的使用條件是什么？（掌握）返 回EENe00123rrN00132rgrNMPrn2020132gNnMPnn1什么是翁沙格有效電場的模型？（掌握）n2翁沙格有效電場由是如何構成的？（掌握）n3如何求解空球電場？（掌握）n4空球電場有哪些性質(zhì)和特點？ （掌握）n5如何求解反作用電場？（了解）n6什么是翁沙格方程？它是如何導出的？翁沙格方程方程是否適用于非極性介質(zhì)？（了解）n1.4 極性液體電介質(zhì)的翁沙格有效電場返 回n翁沙格假定：每個極性分子是一個半徑為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的模型？（掌握）返 回n有效電場：由空球電場和反作用

18、電場兩部分構成n空球電場：即將空球球心上的偶極子去掉，此時外電場在球內(nèi)形成的電場稱為空球電場n反作用電場：沒有外電場作用時，空球中心的偶極子將對球外周圍的電介質(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)生的電場稱為反作用電場n2翁沙格有效電場由是如何構成的？（掌握）返 回n1) 建立微分方程n3如何求解空球電場？（掌握）返 回2222222111()(sin)0sinsinVVVrrrrrr22211()(sin)0sinVVrrrrrn1) 建立微分方程n返 回2222222111()(sin)0sinsinVVVrrrrrr22211()(sin)0sinVVrrrrrn2)

19、確立邊界條件n（1）球外無窮遠處不受空球的影響 n（2）空球界面上的電勢必須連續(xù) n（3）空球界面上電位移徑向分量必須連續(xù) n（4）空球內(nèi)的電勢分布，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

20、 )nnnnnnVC rD rP/220(22 )!(cos )( 1)(cos )2!()!(2 )!nknknnknkPk nknkn5） 求出空球電場n返 回(1)10 (cos )nnnnnnVA rB rP(1)20 (cos )nnnnnnVC rD rP3201111301()(cos )(1)2aVErB rPEzr 1121010133(cos )22VErPEz10133212rrGEE4空球電場有哪些性質(zhì)和特點？ （掌握）n（1）是均勻電場其方向與外電場方向平行n（2）空球電場比外電場大，但最大不超過1.5倍n返 回10133212rrGEEn5如何求解反作用電場？（了解

21、）返 回n1) 建立微分方程n返 回2222222111()(sin)0sinsinVVVrrrrrr22211()(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 )nnnn

22、nnVA rB rP(1)20 (cos )nnnnnnVC rD rP10321 4rB 1302(1) 1214rrCa 104D n5） 求出反作用電場n返 回1233002(1)3cos111()4(21)421rrrVzrrr23302(1)111()421rrVzra2253302(1)131421rrzEgradVrrra 2530134zErrr 2302(1)11421rrEa 302(1)421rrRan6）翁沙格有效電場n對非極性介質(zhì)利用以下幾個關系式n可以證明：n翁沙格有效電場同樣適用于非極性介質(zhì)n此時翁沙格有效電場轉化為洛侖茲有效電場返 回302(1)421rrRa3

23、02(1)3121421rrerrEGREa312rrGEeE ePN E 0()PE 3413aN 00n6什么是翁沙格方程？它是如何導出的？翁沙格方程方程是否適用于非極性介質(zhì)？（了解）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6什么是翁沙格方程？它是如何導出的？翁沙格方程方程是否適用于非極性介質(zhì)？（了解）返 回2020132gNnMPn2200220331122nMnNnN n0eE2002312enEN n302(1)321421rrerrEEa02(1)321321rrrrNE200202(1)331()2 21321

24、rrrrnNEN nn整理可得：n令：n則：6什么是翁沙格方程？它是如何導出的？翁沙格方程方程是否適用于非極性介質(zhì)？（了解）返 回220022(2)(21)(1)3362rrrrnnEnNn11E 2102(2)(21)36rrnn 23102(1)42rrnanPN11NEn在反作用電場作用下所產(chǎn)生的偶極子，其取向是隨幾的，但在空球電場作用下，帶有傾向性，即傾向于空球電場的方向，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，其中沿空球電場方向最大其余方向服從玻爾茲曼統(tǒng)計分布規(guī)律，6什么是翁沙格方程？它是如何導出的？翁沙格方程方程是否適用于非極性介質(zhì)？（了解）返 回110110cos (

25、sinexp()(sinexp()GdGkTGGdkTn6什么是翁沙格方程？它是如何導出的？翁沙格方程方程是否適用于非極性介質(zhì)？（了解）返 回111111exp()exp()1exp()exp()GGGkTkTGGGGkTkTkT110110cos (sinexp()(sinexp()GdGkTGGdkT11()GGLkTG2111133GGGGkTGkTn6什么是翁沙格方程？它是如何導出的？翁沙格方程方程是否適用于非極性介質(zhì)？（了解）返 回01(1)()rPENGE 013(1)()12rrrENEE 013(1)()12rrrN 2102(2)(21)36rrnn23102(1)42rrn

26、an2220220()(2)1(2)33rrrnnNnkT將代入上式整理作業(yè)：返 回n1-8 1-18 1-19 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如何從理論上預測離子位移極化率？（了解）n5離子位移極化率有哪些性質(zhì)和特點？（掌握）n6什么叫偶極子轉向極化？（掌握）n7偶極子轉向極化規(guī)律（極化率）如何獲得？（了解）n8偶極子轉向極化有哪些性質(zhì)和特點？（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？（了解）n11熱離子松弛極化有哪些性質(zhì)

27、和特點？（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空間電荷極化有哪些性質(zhì)和特點？（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)極化的機理返 回n在無外電場時，原子核與電子云重心是重合的，加上外電場后，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：球狀簡原子模型、圓周軌道模型、物質(zhì)球模型三種n球狀簡原子模型：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)，在電場作用下，電子云、原子核將受到大小相等方向相反的電場力的作用，從而產(chǎn)生偶極矩。n圓周軌道模型：n假定一點電荷繞核電荷的一個圓周軌道運行，

28、在電場作用下電子軌道反方向移動一段距離，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，當原子處于電場中時，物質(zhì)球表面將產(chǎn)生感應極化電荷從而形成感應偶極子。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設原子為帶正電Ze點電荷的原子核與半徑為r的球內(nèi)均勻分布電子云構成。在外電場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) 求電場力和庫倫引力的大小n(c) 平衡時則可得到 n (1)球狀簡原子

29、模型返 回304rn設原子為帶正電q的點電荷原子核與軌道半徑為r處帶負電的點電荷電子構成。在外電場Ee作用下，電子軌道中心在軌道平面的法向方向上與原子核產(chǎn)生相對位移d而被極化，求極化率為多少？n解：n（a）首先考查單個粒子，且軌道法向與電場方向平行n（b） 其次考查單個粒子，但軌道平面法向與電場方向夾角n（c）第三考慮N個粒子的平均值(2) 圓周軌道模型返 回304er2cosEqd3043ern設原子為介電系數(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E0，求極化率為多少？n 解：na列方程求解球外空間的電勢分布n nb球面極化電荷（即偶極子）在任意一點P(r,z)所產(chǎn)生的電勢n n

30、c偶極矩為的偶極子在空間任意一點處的電勢為：n nd比較b.c可得 (3) 物質(zhì)球模型返 回300042ea30030( , )(1)2aV r zE zr300030( , )( , )( , )2aV r zV r zVr zE zr233000coscos( , )444rzV r zrrrna三種模型預測結果定性上是一致的，原子體積越大，極化率越大nb三種模型在定量上有差別，其中實驗值在前兩種模型預測值之間，說明模型的預測是有效的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，半徑越大價電子越多越大，負離子

31、比正離子大nf. 極化率與粒子體積之比越大的粒子對極化貢獻越大ng. 電子位移極化率與溫度無關nh. 電子位移完成時間很短10-1410-15sni. 電子位移極化發(fā)生在所有的介質(zhì)中。(4)模型計算結果討論返 回n離子晶體在電場作用下，正負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）相互作用勢模型4如何從理論上預測離子位移極化率？（了解）返 回n將離子晶體中正負離子看作是一對質(zhì)量分別為m1、m2一對諧振子，未加電場時諧振子處于平衡位置，加上電場E之后，在電場力作用下，離子間產(chǎn)生相對位移r，則離子間由于相對位移將產(chǎn)

32、生相互作用力，此作用力可視為彈性恢復力（與相對位移成正比），當恢復力與電場力相等時，則處于新的平衡狀態(tài)。試分析求解此種情形下離子位移極化率的表達式？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離子看作是一個置于離子晶體中受到周圍所有離子所形成的庫倫引力勢場和電子云斥力勢場的雙重作用下的平衡體系，當外電場作用下，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場發(fā)生

33、變化產(chǎn)生了凈的作用力，當其與電場力相平衡后則達到新的平衡位置。試根據(jù)上述模型分析求解離子極化率的表達式。n解：nA孤立離子對的相互作用勢能為：n nB由勢能和勢力及彈性恢復系數(shù)之間的關系n n無外力作用下，晶格處勢能取得極小值 nC將勢能函數(shù)在a處展開，取前三項可解得n nD極化率n （2）相互作用勢模型返 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）離子位移極化時間比電子位移極化時間約長-12-13s，當電場頻率低于紅外光頻率可完成極化。n（3）極化

34、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？（掌握）返 回n在外場作用下，每個極性分子的偶極矩產(chǎn)生轉向運動，趨向于外場方向，從而產(chǎn)生整體宏觀的外場方向上的電矩，這樣的極化稱為轉向極化。6什么叫偶極子轉向極化？（掌握）返 回7偶極子轉向極化規(guī)律（極化率）如何獲得？（掌握）返 回203dkTn（1）轉向極化只發(fā)生在極性介質(zhì)中n（2）轉向極化速度較慢，完成時間較長，約10-210-6sn（3）轉向極化率大小與溫度成反比8偶極子轉向極化有哪些性質(zhì)和特點？（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，在電場作用下作定向移動而產(chǎn)生的極化，稱為熱離子

35、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)缺陷離子取向極化）（掌握）返 回10如何獲得熱離子松弛極化規(guī)律？（了解）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）極化完成時間約10-210-6s之間，屬于慢極化。n（3）u越低，電場越強，溫度越低，則越小，極化越快。n（4）當外場較弱時，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？（掌握）返 回n電介質(zhì)中的自由電荷載流子（正、負離子或電子）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

36、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空間電荷極化有哪些性質(zhì)和特點？（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，速度取決于特征時間n（3）對雙層電介質(zhì)，界面處積聚電荷正負性由下式正負號決定n（4）雙層電介質(zhì)n 平均場強n n 等效電導率n 返 回 122112VEdd12121221()ddJEdd n（1）電勢隨時間和x坐標分布示意圖n（2）電場強度隨時間分布示意圖n（3）界面電荷隨時間分布示意圖n（4）極板電荷隨時間分布示意圖n（5）各種電流隨

37、時間的分布示意圖15如何分析應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？（了解）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 兩者關系：n n當忽略溫度對s、d的影響時n溫度對電介質(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，必須對溫度影響電介質(zhì)性能的程度進行定量的評價，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