西安交通大学：《电介质物理》课程教学课件（PPT讲稿）第一章 静电场中的电介质 第十讲（各类实际电介质的极化和介电常数）

静电场中的电介质各类实际电介质的极化和介电常数

静电场中的电介质 各类实际电介质的极化和介电常数

介电常数>电介质的极化包括弹性位移极化和弛豫极化，前者包括电子弹性位移极化和离子位移极化，这两种极化的时间非常短，与温度的依赖关系不大，后者包括固有电矩的取向极化和缺陷偶极矩的取向极化（又称界面极化），固有电矩的取向极化与热平衡性质（温度）有关，缺陷偶极矩的取向极化与电荷的堆积过程有关，需要很长弛豫时间称弛像极化0-s

介电常数 ➢ 电介质的极化包括弹性位移极化和弛豫极化，前 者包括电子弹性位移极化和离子位移极化，这两种 极化的时间非常短，与温度的依赖关系不大，后者 包括固有电矩的取向极化和缺陷偶极矩的取向极化 （又称界面极化），固有电矩的取向极化与热平衡 性质（温度）有关，缺陷偶极矩的取向极化与电荷 的堆积过程有关，需要很长弛豫时间 ， 称弛豫极化 s s 8 2 10 ~ 10 − −

介电常数》电介质的极化是一个弛豫过程，从施加电场到极化平衡需要一定的时间，这个时间称弛豫时间：>在恒定电场作用下的介电常数称静态介电常数，以8或&表示，在恒定电场作用下，弹性位移极化和弛豫极化都来得及响应，ε总是大于或等于变化电场作用下的介电常数，在没有说明电场频率时，&表静态介电常数&

介电常数 ➢ 电介质的极化是一个弛豫过程，从施加电场到极 化平衡需要一定的时间，这个时间称弛豫时间； ➢ 在恒定电场作用下的介电常数称静态介电常数，以 εs或εr表示，在恒定电场作用下，弹性位移极化和 弛豫极化都来得及响应，εs总是大于或等于变化电 场作用下的介电常数，在没有说明电场频率时，εr 表静态介电常数εs

气体，气体电介质分为非极性和极性两类，在压力不太高时，气体分子间距足够大，无论非极性或极性气体，分子间的相互作用可忽略不计，Lorentz有效场和ClausiusMossotti方程适用气体非极性气体：单原子，相同元素构成的双原子，分子或结构对称的多原子分子组成的气体He，H2，O2，N2，NO2，CH4，这类气体的极化主要是电子位移极化，多原子分子的极化率，在一级近似下，不考虑分子中各原子极化的相互影响，极化率具有加和性，即非极性气体分子极化率是各原子极化率之和

气体 • 气体电介质分为非极性和极性两类，在压力不太高时， 气体分子间距足够大，无论非极性或极性气体，分子间 的相互作用可忽略不计，Lorentz有效场和Clausius— Mossotti 方程适用气体 ➢ 非极性气体： 单原子，相同元素构成的双原子，分子或结构对称的多原子分子组 成的气体He，H2，O2，N2，NO2，CH4，这类气体的极化主要是电 子位移极化，多原子分子的极化率，在一级近似下，不考虑分子中 各原子极化的相互影响，极化率具有加和性，即非极性气体分子极 化率是各原子极化率之和

气体α=α =n,αein和αei分子中第i种原子的数目及电子位移极化率若已知分子极化率α，由克一莫方程可估算介电常数双原子分子的分子极化率8,-1n.αα= 2×4元a6,+2-380

气体  =e =ni ei ni 和  ei 分子中第i种原子的数目及电子位移极化率 若已知分子极化率α，由克—莫方程可估算介电常数 双原子分子的分子极化率 3  = 2 4  0 a 0 0 2 3 1     n r r = + −

气体在标准状态下，气体单位体积分子数no=2.687×1025 /m31+2ngα/360%~1.000671-ngα/360这时，洛伦兹有效电场约等于宏观平均电场6,+2E~E人3

气体 在标准状态下，气体单位体积分子数 25 3 0 n = 2.687 10 / m 1.00067 1 3 1 2 3 0 0 0 0  − + =      n n r 这时，洛伦兹有效电场约等于宏观平均电场 E E E r e  + = 3  2

气体克一莫方程8,-1=ngα/8,=1+noα/80非极性气体介电常数与压力和温度关系1. 当体积不变T个P个n6.不随温度压力变化

气体 克—莫方程 1 0 0  n   r − = 1 0 0  n   r = + 非极性气体介电常数与压力和温度关系 1. 当体积不变 T  P  0 n r  不随温度压力变化

气体2．当T不变，P与nO成正比6,-1Pα8,+23KT0对P求导α(6, +2)2de,dP96KTdea一常数SdpCKT

气体 2. 当T不变，P与n0成正比 2 3 0 1     KT P r r = + − 对P求导 dP KT d r r 0 2 9 ( 2)     + =  r 1  = 常数 dP KT d r 0   

气体当压力不太高气体介电常数随压力线性上升：当压力较高，此关系不是适用。T个no+→6,↓3.当P不变Pα(s, +2)2der对T求导KT2dT9608.=1压力不太大apde8r-1anoCKT2TdTCT

气体 当压力不太高气体介电常数随压力线性上升； 当压力较高，此关系不是适用。 3. 当P不变 T  n0   r  对T求导 2 0 2 9 ( 2) KT P dT d r r     + = − 压力不太大  r 1 T T n KT P dT d r r 1 0 0 2 0 − = − = − = −      

气体等压介电温度系数de8r-16,-1TdT6.T6r6, =1.00067T=273KP=1个大气压在标准状态=10-5 ~10- / K很小

气体 等压介电温度系数 dT T T d r r r r r 1 1 −1 = − − = = −       在标准状态 T = 273K P = 1 个大气压  r =1.00067 10 ~ 10 / K −5 −6  = 很小