無機材料的介電性能(已修改)
2025-05-31 09:20 本頁面
【正文】 概論 電介質 ：在電場作用下，能建立極化的一切物質。通常是指電阻率大于 1010?cm的一類在電場中以感應而并非傳導的方式呈現(xiàn)其電學性能的物質。 陶瓷電介質的主要應用 ：電子電路中的電容元件、電絕緣體、諧振器。某些具有特殊性能的材料，如：具有壓電效應、鐵電效應、熱釋電效應等特殊功能的電介質材料在電聲、電光等技術領域有著廣泛的應用前景。 電介質的主要性能 ：介電常數(shù)、介電損耗因子、介電強度。 目前的發(fā)展方向： 新型器件的研制、提高使用頻率范圍、擴大環(huán)境條件范圍，特別是溫度范圍。 無機材料與有機塑料比較： 有機塑料 : 便宜、易制成更精確的尺寸； 無機材料 : 具有優(yōu)良的電性能 。 室溫時在應力作用下，無蠕變或形變 。 有較大的抵抗環(huán)境變化能力（特別是在高溫下，塑料常會氧化、氣化或分解） 。 能夠與金屬進行氣密封接而成為電子器件不可缺少的部分。 真空 － + + + + － － － E － + + + + － － － － + + － － + + － + － + － + － + － + － + － + － + － 自由電荷 + － 偶極子 束縛電荷 1. 具有一系列偶極子和束縛電荷的極化現(xiàn)象 極化現(xiàn)象及其物理量 介質的極化 電極化： 在外電場作用下，介質內的質點（原子、分子、離子）正負電荷重心的分離，使其轉變成偶極子的過程。 或在外電場作用下，正、負電荷盡管可以逆向移動，但它們并不能掙脫彼此的束縛而形成電流，只能產(chǎn)生微觀尺度的相對位移并使其轉變成偶極子的過程。 偶極子： 構成質點的正負電荷沿電場方向在有限范圍內短程移動，形成一個偶極子。 2. 物理量 電偶極矩 ? ： ?=ql（單位：庫侖 米） 電偶極矩的方向： 負電荷指向正電荷。電偶極矩的方向與外電場的方向一致。 質點的極化率 ?： ?= ?/Eloc ，表征材料的極化能力。 局部電場 Eloc ： 作用在微觀質點上的局部電場。 介質的極化強度 P： P=? ?/V單位介質體積內的電偶極矩總和。或束縛電荷的面密度。 177。 q +q l E 偶極子 － + + + + － － － － + + － － + + － + － + － + － + － + － + － + － + － 單位板面上束縛電荷的數(shù)值 (極化電荷密度）可以用單位體積材料中總的偶極矩即極化強度 P來表示。 設 N是體積 V內偶極矩的數(shù)目，電偶極矩相等于兩個異號電荷 ?Q乘以間距 d，則： P= N ? /V = Q d/V= Q/A － + + － － + P － Q + Q 3 介質的極化強度與宏觀可測量之間的關系 兩塊金屬板間為真空時，板上的電荷與所施加的電壓成正比： Qo=CoV 兩板間放入絕緣材料，施加電壓不變電荷增加了 Q1， 有： Qo+ Q1 =CV 相對介電常數(shù) ?r ：介電質引起電容量增加的比例 。 ?r=C/Co= (Qo+ Q1 )/Qo 電介質提高電容量的原因： 由于質點的極化作用，結果在材料表面感應了異性電荷，它們束縛住板上一部分電荷，抵消（中和）了這部分電荷的作用，在同一電壓下，增加了電容量。 結果：材料越易極化，材料表面感應異性電荷越多，束縛電荷也越多，電容量越大，相應電容器的尺寸 可減小。 極板上自由電荷密度： Qo/A= CoV/A=(?o A/d)V/A= ?o E （ E兩極板間自由電荷形成的電場，也即宏觀電場） 介電材料存在時極板上電荷密度 D:等于自由電荷密度與束縛電荷密度之和： 由： ?r= (Qo+ Q1 )/Qo 得： ?r Qo /A = (Qo+ Q1 )/A 有： ?r ?o E = (Qo+ Q1 )/A= D D= ?o E+P= ?o ?r E = ?1 E (?l絕對介電常數(shù)） P= (?1－ ?o)E = ?o (? r 1) E 電介質的電極化率 ?e：束縛電荷和自由電荷的比例： ?e=P/ ?oE= (?r1 ) 得： P= ?o ?eE（作用物理量與感應物理量間的關系） 克勞修斯 莫索蒂方程 外加電場 E外 E1 外加電場 E外 (物體外部固定電荷所產(chǎn)生。 即極板上的所有電荷所產(chǎn)生） 構成物體的所有質點電荷的電場之和 E1 （退極化電場，即由材料表面感應的電荷所產(chǎn)生） E宏=E外 +E1 1 . 宏觀電場： － + + + + － － － － + + － － + － + + + + － － － 2 . 原子位置上的局部電場 Eloc （有效電場） Eloc=E外 +E1+E2+E3 +
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