電介質(zhì)物理-電介質(zhì)的極化

1.0本章概要 1.1真空中的電場(chǎng) 1.2電介質(zhì)的極化和介電系數(shù) 1.3洛倫茲有效電場(chǎng)和克勞斯-莫索蹄方程 1.4極性液體電介質(zhì)的翁沙格有效電場(chǎng) 1.5電介質(zhì)極化的機(jī)理 1.6電介質(zhì)的介電系數(shù)及其溫度系數(shù) 1.7離子晶體電介質(zhì)中的極化 1電介質(zhì)極化返回第一頁，編輯于星期三：點(diǎn)十三分。1.0本章概要1.0.1本章目的1.0.2本章內(nèi)容1.0.3本章要求1.0.4本章重點(diǎn)1.0.5本章難點(diǎn)1.0.6本章作業(yè)返回第二頁，編輯于星期三：點(diǎn)十三分。1.0.1本章目的電介質(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)。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)。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)的基礎(chǔ)。返回第三頁，編輯于星期三：點(diǎn)十三分。1.0.2本章內(nèi)容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：1．1 真空中的靜電場(chǎng)4學(xué)時(shí)1．2 電介質(zhì)的極化和介電系數(shù)（2學(xué)時(shí)）1．3 洛倫茲有效電場(chǎng)（4學(xué)時(shí)）1．4 翁沙格有效電場(chǎng)（2學(xué)時(shí)）1．5 電介質(zhì)極化機(jī)理（4學(xué)時(shí)）1．6 介電系數(shù)（2學(xué)時(shí)）1．7 離子晶體極化（2學(xué)時(shí)）返回第四頁，編輯于星期三：點(diǎn)十三分。1.0.3本章要求通過本章學(xué)習(xí)，應(yīng)達(dá)到下述目標(biāo)：1)熟悉靜電場(chǎng)的基本概念和基本規(guī)律2）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3）掌握洛倫茲有效電場(chǎng)4)掌握電介質(zhì)極化機(jī)理5）了解離子晶體極化機(jī)理返回第五頁，編輯于星期三：點(diǎn)十三分。1.0.4本章重點(diǎn)電場(chǎng)的基本概念和規(guī)律；電介質(zhì)極化基本概念；有效電場(chǎng)；電介質(zhì)極化機(jī)理返回第六頁，編輯于星期三：點(diǎn)十三分。1.0.5本章難點(diǎn)有效電場(chǎng)的概念返回第七頁，編輯于星期三：點(diǎn)十三分。1.0.6本章內(nèi)容1-181-191-201-211-221-23返回第八頁，編輯于星期三：點(diǎn)十三分。1.1真空中的電場(chǎng)1．什么是庫侖定律？（掌握）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)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）4．什么叫電偶極子及其電矩？（掌握）5．什么叫電感應(yīng)強(qiáng)度（電位移）？（掌握）6．什么叫電勢(shì)？如何分析計(jì)算典型電場(chǎng)中的電勢(shì)？（掌握） 返回第九頁，編輯于星期三：點(diǎn)十三分。1．什么是庫侖定律？（掌握）物理語言表述：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數(shù)學(xué)語言表述：發(fā)現(xiàn)時(shí)間和發(fā)現(xiàn)人：該定律是由法國工程師物理學(xué)家?guī)靵觯?736-1806）于1785年所發(fā)現(xiàn)。科學(xué)意義：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)。返回下一頁第十頁，編輯于星期三：點(diǎn)十三分。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)Electricfield：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Electricfieldintensity：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?。┎粫?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。Lineofelectricforece：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。返回第十一頁，編輯于星期三：點(diǎn)十三分。Staticelectricfield：靜止電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)叫做靜電場(chǎng)，又叫做庫侖場(chǎng)。ElectricField基本性質(zhì)：1）處在電場(chǎng)中的任何帶電體都受到電場(chǎng)力的作用；2）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；3)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）返回上一頁下一頁第十二頁，編輯于星期三：點(diǎn)十三分。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）電場(chǎng)強(qiáng)度通量的概念：高斯定理物理語言表述：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)和高斯定理數(shù)學(xué)表述：高斯定理的證明：高斯定理的應(yīng)用：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（1）均勻帶電的球面及均勻帶電球體（2）無限大均勻帶電平面（電荷面密度為σ）（3）兩無限大帶電極板返回第十三頁，編輯于星期三：點(diǎn)十三分。4．什么叫電偶極子及其電矩？（掌握）電偶極子的概念：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是電介質(zhì)物理的基本模型和研究觀察對(duì)象電矩μ的概念：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。電偶極子的場(chǎng)強(qiáng)特征：電偶極子軸線上的分布特征：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電偶極子中垂線的分布特征：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第十四頁，編輯于星期三：點(diǎn)十三分。5．什么叫電感應(yīng)強(qiáng)度（電位移）？（掌握）電感強(qiáng)度（電位移）概念：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。電位移的基本特性：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)介電常數(shù)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)之一真空中介電常數(shù)相對(duì)介電常數(shù)返回第十五頁，編輯于星期三：點(diǎn)十三分。6．什么叫電勢(shì)？如何分析計(jì)算典型電場(chǎng)中的電勢(shì)？（掌握）電勢(shì)概念：將單位電荷移動(dòng)到無窮遠(yuǎn)處電場(chǎng)力所作的功相關(guān)概念等電勢(shì)面電勢(shì)梯度：在等電勢(shì)面外法線方向上單位長度的變化所產(chǎn)生電勢(shì)變化量電場(chǎng)強(qiáng)度的散度即微元封閉曲面所包圍的單位體積的通過該曲面的電場(chǎng)強(qiáng)度通量返回第十六頁，編輯于星期三：點(diǎn)十三分。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）（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）（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）（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)。（了解）擴(kuò)展問題：無限長帶電線體，電荷線密度為η；無限大帶電平面，電荷面密度為σ；等等返回第十七頁，編輯于星期三：點(diǎn)十三分。（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（了解，記住結(jié)論）（5）試證明電場(chǎng)強(qiáng)度散度定理：（了解，記住結(jié)論）（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。（了解，記住結(jié)論）泊松方程拉普拉斯方程返回第十八頁，編輯于星期三：點(diǎn)十三分。1.2電介質(zhì)的極化1．什么叫電介質(zhì)的極化？什么叫退極化電場(chǎng)？（掌握）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）3．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）返回第十九頁，編輯于星期三：點(diǎn)十三分。1．什么叫電介質(zhì)的極化？什么叫退極化電場(chǎng)？（掌握）自由電荷：在電場(chǎng)的影響下，物質(zhì)中含有可移動(dòng)宏觀距離的電荷叫做自由電荷。束縛電荷：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。極化與極化電荷在外電場(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。退極化電場(chǎng)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)返回第二十頁，編輯于星期三：點(diǎn)十三分。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）相對(duì)介電常數(shù)：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。描述了電介質(zhì)對(duì)電容器的電容量影響只與電介質(zhì)材料和狀態(tài)有關(guān)，與外加電場(chǎng)無關(guān)。極化強(qiáng)度在外電場(chǎng)作用下單位體積所產(chǎn)生的感應(yīng)偶極矩的矢量和有效電場(chǎng)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)。極化率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。極化系數(shù)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第二十一頁，編輯于星期三：點(diǎn)十三分。3．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）描述幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)：極板面積，間距描述外電場(chǎng)參數(shù)：宏觀施加外電壓，宏觀外電場(chǎng)強(qiáng)度，極板自由電荷場(chǎng)強(qiáng)描述電介質(zhì)材料物性參數(shù)：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)描述極化結(jié)果參數(shù)：極化電荷面密度，極化強(qiáng)度，有效電場(chǎng)，退極化電場(chǎng)，極板電容返回第二十二頁，編輯于星期三：點(diǎn)十三分。（1）極間電壓與電場(chǎng)關(guān)系（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（3）表面束縛電荷與極化強(qiáng)度之間的關(guān)系（4）表面束縛電荷密度與宏觀場(chǎng)強(qiáng)的關(guān)系（5）極化強(qiáng)度與宏觀場(chǎng)強(qiáng)的關(guān)系（6）極化強(qiáng)度與有效電場(chǎng)的關(guān)系（7）克勞修斯方程返回第二十三頁，編輯于星期三：點(diǎn)十三分。1．什么是有效電場(chǎng)？為何要討論研究有效電場(chǎng)？（掌握） 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）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？（掌握）4．什么是克勞斯-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-莫索締方程返回第二十四頁，編輯于星期三：點(diǎn)十三分。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)。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)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）返回第二十五頁，編輯于星期三：點(diǎn)十三分。適當(dāng)?shù)拈L度為半徑，在介質(zhì)中作一球。球微觀上（相對(duì)于極化粒子）足夠大，宏觀上（相對(duì)于極板間距）足夠小球外分子（原子）對(duì)中心的作用，只具長程性質(zhì)，可作連續(xù)介質(zhì)處理。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）返回第二十六頁，編輯于星期三：點(diǎn)十三分。第一部分：極板自由電荷在中心形成的電場(chǎng)，其值為：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：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：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：證明：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)：有效電場(chǎng)：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(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）返回第二十七頁，編輯于星期三：點(diǎn)十三分。由克勞修斯方程將洛侖茲有效電場(chǎng)代入可得K-M方程摩爾極化強(qiáng)度對(duì)于一般電介質(zhì)磁導(dǎo)率為1則由可得洛侖茲-洛侖斯方程：上述方程適用條件：非極性氣體電介質(zhì)；低壓力極性氣體電介質(zhì)；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）返回第二十八頁，編輯于星期三：點(diǎn)十三分。1．什么是翁沙格有效電場(chǎng)的模型？（掌握） 2．翁沙格有效電場(chǎng)由是如何構(gòu)成的？（掌握）3．如何求解空球電場(chǎng)？（掌握）4．空球電場(chǎng)有哪些性質(zhì)和特點(diǎn)？（掌握）5．如何求解反作用電場(chǎng)？（了解）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)？（了解）

1.4極性液體電介質(zhì)的翁沙格有效電場(chǎng)返回第二十九頁，編輯于星期三：點(diǎn)十三分。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）返回第三十頁，編輯于星期三：點(diǎn)十三分。有效電場(chǎng)：由空球電場(chǎng)和反作用電場(chǎng)兩部分構(gòu)成空球電場(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)反作用電場(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)

2．翁沙格有效電場(chǎng)由是如何構(gòu)成的？（掌握）返回第三十一頁，編輯于星期三：點(diǎn)十三分。1)建立微分方程

3．如何求解空球電場(chǎng)？（掌握）返回第三十二頁，編輯于星期三：點(diǎn)十三分。1)建立微分方程

返回2)確立邊界條件 （1）球外無窮遠(yuǎn)處不受空球的影響（2）空球界面上的電勢(shì)必須連續(xù)（3）空球界面上電位移徑向分量必須連續(xù)（4）空球內(nèi)的電勢(shì)分布，在球心處為有限值

第三十三頁，編輯于星期三：點(diǎn)十三分。3)求微分方程通解

返回第三十四頁，編輯于星期三：點(diǎn)十三分。4)根據(jù)邊界條件確定待定系數(shù)返回

第三十五頁，編輯于星期三：點(diǎn)十三分。5）求出空球電場(chǎng)

返回第三十六頁，編輯于星期三：點(diǎn)十三分。4．空球電場(chǎng)有哪些性質(zhì)和特點(diǎn)？（掌握）（1）是均勻電場(chǎng)其方向與外電場(chǎng)方向平行（2）空球電場(chǎng)比外電場(chǎng)大，但最大不超過1.5倍

返回第三十七頁，編輯于星期三：點(diǎn)十三分。

5．如何求解反作用電場(chǎng)？（了解）返回第三十八頁，編輯于星期三：點(diǎn)十三分。1)建立微分方程

返回2)確立邊界條件

第三十九頁，編輯于星期三：點(diǎn)十三分。3)求微分方程通解

返回第四十頁，編輯于星期三：點(diǎn)十三分。4)根據(jù)邊界條件確定待定系數(shù)

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第四十一頁，編輯于星期三：點(diǎn)十三分。5）求出反作用電場(chǎng)

返回第四十二頁，編輯于星期三：點(diǎn)十三分。6）翁沙格有效電場(chǎng) 對(duì)非極性介質(zhì)利用以下幾個(gè)關(guān)系式可以證明：翁沙格有效電場(chǎng)同樣適用于非極性介質(zhì)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

第四十三頁，編輯于星期三：點(diǎn)十三分。

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)？（了解）返回第四十四頁，編輯于星期三：點(diǎn)十三分。由洛倫茲-洛侖斯方程：將其代入翁沙格有效電場(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)？（了解）返回第四十五頁，編輯于星期三：點(diǎn)十三分。整理可得：令：則：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)？（了解）返回

第四十六頁，編輯于星期三：點(diǎn)十三分。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)？（了解）返回第四十七頁，編輯于星期三：點(diǎn)十三分。

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)？（了解）返回第四十八頁，編輯于星期三：點(diǎn)十三分。

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)？（了解）返回將代入上式整理第四十九頁，編輯于星期三：點(diǎn)十三分。作業(yè)：返回1-81-181-191-20第五十頁，編輯于星期三：點(diǎn)十三分。1．什么是電子位移極化？電子位移極化有哪三種模型？（掌）2．如何根據(jù)電子位移模型推算極化率？（掌握)3．什么叫離子位移極化？（掌握) 4．如何從理論上預(yù)測(cè)離子位移極化率？（了解）5．離子位移極化率有哪些性質(zhì)和特點(diǎn)？（掌握）6．什么叫偶極子轉(zhuǎn)向極化？（掌握）7．偶極子轉(zhuǎn)向極化規(guī)律（極化率）如何獲得？（了解）8．偶極子轉(zhuǎn)向極化有哪些性質(zhì)和特點(diǎn)？（掌握）9．什么叫熱離子松弛極化？（雜質(zhì)缺陷離子取向極化）（掌握）10．如何獲得熱離子松弛極化規(guī)律？（了解） 11．熱離子松弛極化有哪些性質(zhì)和特點(diǎn)？（掌握）12．什么叫空間電荷極化？（掌握）13．如何分析解決空間電荷極化規(guī)律？（掌握)14．空間電荷極化有哪些性質(zhì)和特點(diǎn)？（掌握）15．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)理返回第五十一頁，編輯于星期三：點(diǎn)十三分。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)球模型三種球狀簡(jiǎn)原子模型：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。圓周軌道模型：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。物質(zhì)球模型：將原子看作是介電系數(shù)為ε的物質(zhì)球，當(dāng)原子處于電場(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）返回第五十二頁，編輯于星期三：點(diǎn)十三分。球狀簡(jiǎn)原子模型圓周軌道模型物質(zhì)球模型2．如何根據(jù)電子位移模型推算極化率？（掌握）返回第五十三頁，編輯于星期三：點(diǎn)十三分。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？解：(a)受力分析(b)求電場(chǎng)力和庫倫引力的大小(c)平衡時(shí)則可得到

(1)球狀簡(jiǎn)原子模型返回第五十四頁，編輯于星期三：點(diǎn)十三分。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？解：（a）首先考查單個(gè)粒子，且軌道法向與電場(chǎng)方向平行（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θ（c）第三考慮N個(gè)粒子的平均值(2)圓周軌道模型返回第五十五頁，編輯于星期三：點(diǎn)十三分。設(shè)原子為介電系數(shù)ε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？解：a．列方程求解球外空間的電勢(shì)分布

b．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)

c．偶極矩為μ的偶極子在空間任意一點(diǎn)處的電勢(shì)為：

d．比較b.c可得(3)物質(zhì)球模型返回第五十六頁，編輯于星期三：點(diǎn)十三分。a．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b．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c．同族元素自上而下極化率增加d．同周期元素由左自右，由兩個(gè)相反的因素綜合決定。e.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f.極化率與粒子體積之比越大的粒子對(duì)極化貢獻(xiàn)越大g.電子位移極化率與溫度無關(guān)h.電子位移完成時(shí)間很短10-14~10-15si.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)果討論返回第五十七頁，編輯于星期三：點(diǎn)十三分。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αa表示。 3．什么叫離子位移極化？（掌握) 返回第五十八頁，編輯于星期三：點(diǎn)十三分。（1）諧振子模型（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？（了解）返回第五十九頁，編輯于星期三：點(diǎn)十三分。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Δr，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子位移極化率的表達(dá)式？解：A.由受力平衡可得

B．由諧振子折合質(zhì)量、本征諧振頻率、本征諧振角頻率可得

C．離子位移極化率（1）諧振子模型

返回第六十頁，編輯于星期三：點(diǎn)十三分。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。解：A．孤立離子對(duì)的相互作用勢(shì)能為：

B．由勢(shì)能和勢(shì)力及彈性恢復(fù)系數(shù)之間的關(guān)系

無外力作用下，晶格處勢(shì)能取得極小值C．將勢(shì)能函數(shù)在a處展開，取前三項(xiàng)可解得

D．極化率

（2）相互作用勢(shì)模型返回第六十一頁，編輯于星期三：點(diǎn)十三分。（1）只發(fā)生于離子晶體中（2）離子位移極化時(shí)間比電子位移極化時(shí)間約長-12~-13s，當(dāng)電場(chǎng)頻率低于紅外光頻率可完成極化。（3）極化率隨離子間距的增大而增大（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）返回第六十二頁，編輯于星期三：點(diǎn)十三分。在外場(chǎng)作用下，每個(gè)極性分子的偶極矩產(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）返回第六十三頁，編輯于星期三：點(diǎn)十三分。7．偶極子轉(zhuǎn)向極化規(guī)律（極化率）如何獲得？（掌握）返回第六十四頁，編輯于星期三：點(diǎn)十三分。（1）轉(zhuǎn)向極化只發(fā)生在極性介質(zhì)中（2）轉(zhuǎn)向極化速度較慢，完成時(shí)間較長，約10-2~10-6s（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）返回第六十五頁，編輯于星期三：點(diǎn)十三分。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。弱聯(lián)系離子：雜質(zhì)、缺陷附近的離子松弛極化：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)缺陷離子取向極化）（掌握）返回第六十六頁，編輯于星期三：點(diǎn)十三分。10．如何獲得熱離子松弛極化規(guī)律？（了解）返回第六十七頁，編輯于星期三：點(diǎn)十三分。（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)。（2）極化完成時(shí)間約10-2—10-6s之間，屬于慢極化。（3）u越低，電場(chǎng)越強(qiáng)，溫度越低，則τ越小，極化越快。（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）返回第六十八頁，編輯于星期三：點(diǎn)十三分。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）返回第六十九頁，編輯于星期三：點(diǎn)十三分。13．如何分析解決空間電荷極化規(guī)律？（掌握)返回第七十頁，編輯于星期三：點(diǎn)十三分。14．空間電荷極化有哪些性質(zhì)和特點(diǎn)？（掌握）（1）只發(fā)生于非均質(zhì)的電介質(zhì)中（2）極化速度最慢，屬于慢極化，速度取決于特征時(shí)間（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（4）雙層電介質(zhì)平均場(chǎng)強(qiáng)

等效電導(dǎo)率

返回第七十一頁，編輯于星期三：點(diǎn)十三分。（1）電勢(shì)隨時(shí)間和x坐標(biāo)分布示意圖（2）電場(chǎng)強(qiáng)度隨時(shí)間分布示意圖（3）界面電荷隨時(shí)間分布示意圖（4）極板電荷隨時(shí)間分布示意圖（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）返回第七十二頁，編輯于星期三：點(diǎn)十三分。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）2．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）3．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）4．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)返回第七十三頁，編輯于星期三：點(diǎn)十三分。介電系數(shù)的溫度系數(shù)定義：電容溫度系數(shù)的定義：兩者關(guān)系：

當(dāng)忽略溫度對(duì)s、d的影響時(shí)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）返回第七十四頁，編輯于星期三：點(diǎn)十三分。（1）氣體電