555电介质极化 、电介质 Dielectric)的极化 1电介质就是绝缘介质 电介质内没有可以自由移动的电荷,在电场作用下,电介质中的电荷只能在分子 范围内移动。 2分子电矩 分子一电偶极子(模型) 分子的正负电中心相对错开。 十 分子电矩 电介质分子 3电介质的极化 (1)极性电介质的极化 极性分子( Polar molecule)也称有极分子在正常情况下,内部电荷分布不对称,正 负电中心已错开,有固有电矩p 常见极性分子:如HCl、H2O、CO和有机玻璃等 有极分子电介质的极化是有极分子的取向极化。 ○H H2O 有极分子 E △V △V 无外电场 有外电场
1 §5.5 电介质极化 一、电介质(Dielectric)的极化 1 电介质就是绝缘介质 电介质内没有可以自由移动的电荷,在电场作用下,电介质中的电荷只能在分子 范围内移动。 2.分子电矩 分子—电偶极子(模型) 分子的正负电中心相对错开。 分子电矩 3 电介质的极化 (1) .极性电介质的极化 极性分子(Polar molecule)也称有极分子在正常情况下,内部电荷分布不对称,正 负电中心已错开,有固有电矩 p 分, 常见极性分子:如 HCl 、H2O、CO 和有机玻璃等。 有极分子电介质的极化是有极分子的取向极化。 有极分子 p 分 + - 电介质分子 p 分 = q 分 l 分 E 外 V 有外电场 V 无外电场 P 分 + -
取向极化 无外电场时:每个分子p分≠0,由于热运动,各P取向混乱,小体积△(宏观 小、微观大)内有大量分子→方分=0 有外电场时:各p分向电场方向取向趋于相同(由于热运动,取向并非完全一致) 在ΔV内Σp分≠0,且外电场越强|Σp剑越大,这种极化称取向极化。 (2)非极性电介质的极化 非极性分子(Non- polar molecule)又称无极分子在正常情况下电荷分布对称,正 负电荷中心重合,无固有电矩。非极性分子又称无极分子,常见非极性分子电介 质有He、H2、N2、O2、CO2、氢、甲烷、石蜡等): 非极性电介质的极化是无极分子的位移极化 无外电场时:每个分子P分=0,△V内∑方分=0。 有外电场时:正负电中心产生相对位移,p尔称感应电矩)≠0,△V内Σp分≠0 且外电场越强,|Σp越大,这种极化称为位移极化 HO--C-+OH E △ 无极分子 位移极化 4电介质中的电场强度 1)束缚电荷( Bound charge) 电介质极化后,在电介质体内及表面上可以出现束缚电荷(又称极化电荷)。 由于电介质极化后会出现束缚电荷,空间某点的电场应是由自由电荷与束缚 电荷共同产生的。此时,在电介质中的电场是外电场E和束缚电荷电场E叠加 的结果,电介质中的合场强E的大小比外电场E0小,它们之间有如下的关系 E O 式中,ε是电介质的相对电容率
2 取向极化 无外电场时:每个分子 p 分 0 ,由于热运动,各 p 分取向混乱,小体积V(宏观 小、微观大)内有大量分子 p 分= 0。 有外电场时:各 p 分向电场方向取向趋于相同(由于热运动,取向并非完全一致) 在V 内 p 分 0,且外电场越强 | p 分| 越大,这种极化称取向极化。 (2) .非极性电介质的极化 非极性分子(Non-polar molecule)又称无极分子在正常情况下电荷分布对称,正 负电荷中心重合,无固有电矩。非极性分子又称无极分子,常见非极性分子电介 质有 He、 H2、 N2、 O2、 CO2、氢、甲烷、石蜡等): 非极性电介质的极化是无极分子的位移极化。 无外电场时:每个分子 p 分 = 0,V 内 p 分 = 0。 有外电场时:正负电中心产生相对位移, p 分(称感应电矩) 0,V 内 p 分 0, 且外电场越强, | p 分| 越大,这种极化称为位移极化。 无极分子 位移极化 4 电介质中的电场强度 1)束缚电荷(Bound charge) 电介质极化后,在电介质体内及表面上可以出现束缚电荷(又称极化电荷)。 由于电介质极化后会出现束缚电荷,空间某点的电场应是由自由电荷与束缚 电荷共同产生的。 此时,在电介质中的电场是外电场 E0 和束缚电荷电场 E/叠加 的结果,电介质中的合场强 E 的大小比外电场 E0 小,它们之间有如下的关系 式中,εγ是电介质的相对电容率。 0 0 r ' E E E E = − = E 外 V
由于束缚电荷的出现,减弱了电介质中的电场,因此电容器的电容变大 2压电体 压电现象:某些离子型晶体的电介质,由于结晶点阵的有规则分布,当发生机 械变形时,能产生电极化现象,称为压电现象 电致伸缩 晶体在带电或处于电场中时,其大小发生变化,即伸长或缩短,是 压电现象的逆现象。 压电现象和电致伸缩的应用 压电现象可用来变机械振动为电振荡,电致伸缩可变电振荡为机械 振动。 压电现象和电致伸缩的应用 (1)晶体振荡器:利用压电效应,将压电体的机械振动转变为同频率的电振 汤 应用:通讯、精密电子设备、计算机等 (2)电声换能器:利用压电效应可将声能转换为电振动;也可利用电致伸缩 效应将电能转换为声能。 应用:电唱头、扬声器、耳机、蜂鸣器等电声器件 超声波(B超、固体探伤和海洋探测) (3)压力传感器:利用压电效应,可将非电量压力转换为电学量的测量 铁电体 铁电性:电极化规律具有复杂的非线性,并且撤去外场后能 保留剩余极化,这种性质叫铁电性。 铁电体:具有铁电性的电介质,如钛酸钡陶瓷、酒石酸钾钠单 应用(1)在电容器中放入铁电体,电容将增大很多倍 (2)利用铁电体的非线性关系制成非线性电容; (3)利用铁电体的电滞线性,可制造计算机的记忆元件
3 由于束缚电荷的出现,减弱了电介质中的电场,因此电容器的电容变大。 某些离子型晶体的电介质,由于结晶点阵的有规则分布,当发生机 械变形时,能产生电极化现象,称为压电现象。 压电现象: 电致伸缩: 晶体在带电或处于电场中时,其大小发生变化,即伸长或缩短,是 压电现象的逆现象。 压电现象和电致伸缩的应用: 压电现象可用来变机械振动为电振荡,电致伸缩可变电振荡为机械 振动。 压电现象和电致伸缩的应用: (1)晶体振荡器:利用压电效应,将压电体的机械振动转变为同频率的电振 荡。 应用:通讯、精密电子设备、计算机等 (2)电声换能器:利用压电效应可将声能转换为电振动;也可利用电致伸缩 效应将电能转换为声能。 应用:电唱头、扬声器、耳机、蜂鸣器等电声器件 超声波(B超、固体探伤和海洋探测) 铁电性: 电极化规律具有复杂的非线性,并且撤去外场后能 保留剩余极化,这种性质叫铁电性。 铁电体: 具有铁电性的电介质,如钛酸钡陶瓷、酒石酸钾钠单 晶。 应用(1)在电容器中放入铁电体,电容将增大很多倍; (2)利用铁电体的非线性关系制成非线性电容; (3)利用铁电体的电滞线性,可制造计算机的记忆元件。 2.压电体 (3)压力传感器:利用压电效应,可将非电量压力转换为电学量的测量。 三、铁电体
果电补电体禁后,能长期保留其极化状态,且不受外电场的 影响的一类电介质。 永电体的制备方法 热驻极法、电驻极法、光和磁驻极法等 永电体的应用 永电体换能器(传感器)
4 四、永电体(驻极体) 永电体:外界条件撤去后,能长期保留其极化状态,且不受外电场的 影响的一类电介质。 永电体的制备方法: 热驻极法、电驻极法、光和磁驻极法等 永电体的应用: 永电体换能器(传感器)