1、1.0 本章概要 1.1 真空中的電場 1.2 電介質(zhì)的極化和介電系數(shù) 1.3 洛倫茲有效電場和克勞斯-莫索蹄方程 1.4 極性液體電介質(zhì)的翁沙格有效電場 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,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,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

2、下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。,返 回,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： 11真空中的靜電場 4學(xué)時(shí) 12電介質(zhì)的極化和介電系數(shù)（2學(xué)時(shí)） 13洛倫茲有效電場（4學(xué)時(shí)） 14翁沙格有效電場 （2學(xué)時(shí)） 15電介質(zhì)極化機(jī)理（4學(xué)時(shí)） 16介電系數(shù) （2學(xué)時(shí)） 17離子晶體極化（2學(xué)時(shí)）,返 回,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) 相對介電常數(shù) 電偶極化 3）掌握洛倫茲有效電場 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,1.0.4 本章重

3、點(diǎn),電場的基本概念和規(guī)律； 電介質(zhì)極化基本概念； 有效電場； 電介質(zhì)極化機(jī)理,返 回,1.0.5 本章難點(diǎn),有效電場的概念,返 回,1.0.6 本章內(nèi)容,1-18 1-19 1-20 1-21 1-22 1-23,返 回,1.1 真空中的電場,1什么是庫侖定律？（掌握） 2什么叫電場、靜電場、電場強(qiáng)度及電力線？電場有哪些基本性質(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？如何分析計(jì)算典型電場中的電勢？（掌握）,返 回,1什么是庫侖定律？（掌握）,物理語言表述： 在真

4、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(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,2什么叫電場、靜電場、電場強(qiáng)度及電力線？電場有哪些基本性質(zhì)？（掌握),Electric field： 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)。其基本特性是靜止電荷置于電場中將受到

5、作用力。通常電場性質(zhì)可通過電場強(qiáng)度E進(jìn)行定量描述，也可通過電力線形象直觀的描述 Electric field intensity： 置于電場中某點(diǎn)的一個(gè)試驗(yàn)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(gè)與試驗(yàn)電荷無關(guān)而僅取決于電場該點(diǎn)性質(zhì)的量，這個(gè)比值描述了電場該點(diǎn)的性質(zhì)，稱為電場強(qiáng)度。電場強(qiáng)度是個(gè)矢量。 Line of electric forece： 用來直觀地圖示電場分布的虛設(shè)的有向曲線族，曲線上每一點(diǎn)的切線方向與該點(diǎn)電場方向一致。,返 回,Static electric field： 靜止電荷產(chǎn)生的電場叫做靜電場，又叫做庫侖場。 Electric

6、 Field基本性質(zhì)： 1）處在電場中的任何帶電體都受到電場力的作用； 2）帶電體在電場中移動時(shí)，電場力將對帶電體做功； 3) 電場中任意一點(diǎn)的總場強(qiáng)等于各個(gè)電荷在該點(diǎn)各自產(chǎn)生的場強(qiáng)的矢量和。（場強(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強(qiáng)度的計(jì)算問題？（掌握）,電場強(qiáng)度通量的概念： 高斯定理物理語言表述： 對任意封閉曲面的電場強(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的電場強(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（

7、電荷面密度為） （3）兩無限大帶電極板,返 回,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象 電矩的概念： 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。 電偶極子的場強(qiáng)特征： 電偶極子軸線上的分布特征： 任意一點(diǎn)的場強(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,5什么叫電感應(yīng)強(qiáng)度

8、（電位移）？（掌握）,電感強(qiáng)度（電位移）概念： 電場中任意一點(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)的場強(qiáng)方向相同。 電位移的基本特性： 與產(chǎn)生電場的電荷的大小及分布狀況有關(guān)，與電場所在電介質(zhì)無關(guān) 介電常數(shù) 單位場強(qiáng)（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(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) 相對介電常數(shù),返 回,6什么叫電勢？如何分析計(jì)算典型電場中的電勢？（掌握）,電勢概念：將單位電荷移動到無窮遠(yuǎn)處電場力所作的功 相關(guān)概念 等電勢面 電勢梯度： 在等電勢面外法線方向上單位長度的變化所產(chǎn)生電勢變化量 電場強(qiáng)度的散度 即微元封閉曲面

9、所包圍的單位體積的通過該曲面的電場強(qiáng)度通量,返 回,電勢概念的應(yīng)用：（熟練掌握各種情形下電場中各點(diǎn)電勢的分析計(jì)算方法） （1）試計(jì)算點(diǎn)電荷電場中任意一點(diǎn)（距離點(diǎn)電荷r）的電勢。（掌握） （2）試計(jì)算點(diǎn)電荷系電場中任意一點(diǎn)的電勢。（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。（了解） 擴(kuò)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,（4）試證明電場強(qiáng)度大小與電勢梯度大小相等方向相反 （了解，記住結(jié)論） （5）試證明電場強(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中各點(diǎn)電勢的泊松方程及拉普

10、拉斯方程。 （了解，記住結(jié)論） 泊松方程 拉普拉斯方程,返 回,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？（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,1什么叫電介質(zhì)的極化？什么叫退極化電場？（掌握）,自由電荷： 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。 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，只能在原子范圍內(nèi)活動，這種電荷叫做束縛電荷。 極化與極化電荷 在外電場的作用下，束縛電荷的局部移動導(dǎo)致宏觀上

11、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 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）,相對介電常數(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)，與外加電場無關(guān)。 極化強(qiáng)度 在外電場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 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(diǎn)產(chǎn)生的電場。 極化率 作用在極化粒子

12、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(guān)，直接從微觀上描述了電介質(zhì)材料對極化過程的影響。 極化系數(shù) 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,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 描述外電場參數(shù)： 宏觀施加外電壓，宏觀外電場強(qiáng)度，極板自由電荷場強(qiáng) 描述電介質(zhì)材料物性參數(shù)： 電介質(zhì)的相對介電常數(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，退極化電場，極板電容,返 回,（1）極間電壓與電場關(guān)系 （2）宏觀場強(qiáng)與自由電荷場

13、強(qiáng)、退極化電場關(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強(qiáng)的關(guān)系 （5）極化強(qiáng)度與宏觀場強(qiáng)的關(guān)系 （6）極化強(qiáng)度與有效電場的關(guān)系 （7）克勞修斯方程,返 回,1什么是有效電場？為何要討論研究有效電場？（掌握） 2洛倫茲在計(jì)算有效電場時(shí)采用了什么樣的計(jì)算模型？（掌握） 3洛倫茲有效電場由哪三部分構(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 洛倫茲有效電場和克勞修斯-莫索締方程,返 回,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(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

14、。 介電系數(shù)的預(yù)測是電介質(zhì)極化研究的根本目標(biāo) 由克勞修斯方程，必須首先預(yù)測出有效電場與宏觀外場的關(guān)系，再進(jìn)一步從微觀結(jié)構(gòu)預(yù)測極化特性（極化率），方可實(shí)現(xiàn)目標(biāo),1什么是有效電場？為何要討論研究有效電場？（掌握）,返 回,適當(dāng)?shù)拈L度為半徑，在介質(zhì)中作一球。 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 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。 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(jié)構(gòu)。,2洛倫茲在計(jì)算有效電場時(shí)采用了什么樣的計(jì)算模型？（掌握）,返 回,第一部分：極板自由電荷在中心形成的電場，其值為 ： 第二部分：球外極化粒子

15、的在中心形成的綜合電場，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強(qiáng)，可以證明（參見教材），當(dāng)介質(zhì)具有中心反演對稱結(jié)構(gòu)時(shí)： 有效電場： 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(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,由克勞修斯方程 將洛侖茲有效電場代入可得K-M方程 摩爾極化強(qiáng)度 對于一般電介質(zhì)磁導(dǎo)率為1則由 可得洛侖茲-洛侖斯方程： 上

16、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,1什么是翁沙格有效電場的模型？（掌握） 2翁沙格有效電場由是如何構(gòu)成的？（掌握） 3如何求解空球電場？（掌握） 4空球電場有哪些性質(zhì)和特點(diǎn)？ （掌握） 5如何求解反作用電場？（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,返 回,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

17、圍。,1什么是翁沙格有效電場的模型？（掌握）,返 回,有效電場：由空球電場和反作用電場兩部分構(gòu)成 空球電場：即將空球球心上的偶極子去掉，此時(shí)外電場在球內(nèi)形成的電場稱為空球電場 反作用電場：沒有外電場作用時(shí)，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,2翁沙格有效電場由是如何構(gòu)成的？（掌握）,返 回,1) 建立微分方程,3如何求解空球電場？（掌握）,返 回,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

18、分布，在球心處為有限值,3) 求微分方程通解,返 回,4) 根據(jù)邊界條件確定待定系數(shù),返 回,5） 求出空球電場,返 回,4空球電場有哪些性質(zhì)和特點(diǎn)？ （掌握）,（1）是均勻電場其方向與外電場方向平行 （2）空球電場比外電場大，但最大不超過1.5倍,返 回,5如何求解反作用電場？（了解）,返 回,1) 建立微分方程,返 回,2) 確立邊界條件,3) 求微分方程通解,返 回,4) 根據(jù)邊界條件確定待定系數(shù),返 回,5） 求出反作用電場,返 回,6）翁沙格有效電場 對非極性介質(zhì)利用以下幾個(gè)關(guān)系式 可以證明： 翁沙格有效電場同樣適用于非極性介質(zhì) 此時(shí)翁沙格有效電場轉(zhuǎn)化為洛侖茲有效電場,返 回,6什么

19、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,由洛倫茲-洛侖斯方程： 將其代入 翁沙格 有效電場,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,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,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(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

20、程方程是否適用于非極性介質(zhì)？（了解）,返 回,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,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,作業(yè)：,返 回,1-8 1-18 1-19 1-20,1什么是電子位移極化？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）

21、 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,在無外電場時(shí)，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 球狀簡原子模型： 在帶正電荷的原子核周

22、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。 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，在電場作用下電子軌道反方向移動一段距離，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)為的物質(zhì)球，當(dāng)原子處于電場中時(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,球狀簡原子模型 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,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Ee作用下

23、，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？ 解： (a) 受力分析 (b) 求電場力和庫倫引力的大小 (c) 平衡時(shí)則可得到,(1)球狀簡原子模型,返 回,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？ 解： （a）首先考查單個(gè)粒子，且軌道法向與電場方向平行 （b） 其次考查單個(gè)粒子，但軌道平面法向與電場方向夾角 （c）第三考慮N個(gè)粒子的平均值,(2) 圓周軌道模型,返 回,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

24、真空電場E0，求極化率為多少？ 解： a列方程求解球外空間的電勢分布 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 c偶極矩為的偶極子在空間任意一點(diǎn)處的電勢為： d比較b.c可得,(3) 物質(zhì)球模型,返 回,a三種模型預(yù)測結(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)測值之間，說明模型的預(yù)測是有效的 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極化貢獻(xiàn)越大 g. 電子位

25、移極化率與溫度無關(guān) h. 電子位移完成時(shí)間很短10-1410-15s i. 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,離子晶體在電場作用下，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,（1）諧振子模型 （2）相互作用勢模型,4如何從理論上預(yù)測離子位移極化率？（了解）,返 回,將離子晶體中正負(fù)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(shí)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)生相互作用力，此作用力可視為彈性恢復(fù)力（與相對位移成正比），當(dāng)恢

26、復(fù)力與電場力相等時(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,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場和電子云斥力勢場的雙重作用下的平衡體系，當(dāng)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)生變化產(chǎn)生了凈的作用力，當(dāng)其與電場力相平衡后則達(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孤立離子對的相互作用勢能為： B由勢能和勢力及彈性恢

27、復(fù)系數(shù)之間的關(guān)系 無外力作用下，晶格處勢能取得極小值 C將勢能函數(shù)在a處展開，取前三項(xiàng)可解得 D極化率,（2）相互作用勢模型,返 回,（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,在外場作用下，每個(gè)極性分子的偶極矩產(chǎn)生轉(zhuǎn)向運(yùn)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(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）,

28、返 回,（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10-210-6s （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,由于電介質(zhì)中存在某些弱聯(lián)系的帶電質(zhì)點(diǎn)，在電場作用下作定向移動而產(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,（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10-210-6s之

29、間，屬于慢極化。 （3）u越低，電場越強(qiáng)，溫度越低，則越小，極化越快。 （4）當(dāng)外場較弱時(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,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）對雙層電介質(zhì)，界面處

30、積聚電荷正負(fù)性由下式正負(fù)號決定 （4）雙層電介質(zhì) 平均場強(qiáng) 等效電導(dǎo)率,返 回,（1）電勢隨時(shí)間和x坐標(biāo)分布示意圖 （2）電場強(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,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,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s、d的