北大電磁學(xué)第二章靜電場(chǎng)中的導(dǎo)體和電介質(zhì)(編輯修改稿)
2025-05-26 04:57 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 無(wú)極電介質(zhì)產(chǎn)生了電偶極矩（感生電矩），在和外電場(chǎng)垂直的兩個(gè)端面出現(xiàn)正負(fù)電荷，即極化電荷，這就是電介質(zhì)的極化。 ? 由于電子質(zhì)量比原子核小得多，主要是電子位移，因此無(wú)極分子的極化機(jī)制常稱為電子位移極化。 （ 2）有極分子的取向極化 ? 沒(méi)有外電場(chǎng)時(shí)，電介質(zhì)分子的正負(fù)電荷 “ 重心 ”不重合，形成一定的電偶極矩，稱為有極分子。無(wú)外場(chǎng)時(shí)，所有分子的固有電矩的矢量和為 0，宏觀上不產(chǎn)生電場(chǎng)。 加外電場(chǎng)后，分子電矩方向不同程度的轉(zhuǎn)向外電場(chǎng)方向，在和外電場(chǎng)垂直的兩端面上多少產(chǎn)生一些極化電荷，這種極化機(jī)制稱為取向極化。 電子位移極化效應(yīng)在任何電介質(zhì)中都存在，而分 子取向極化只發(fā)生在有極分子電介質(zhì)中。 167。 極化強(qiáng)度與退極化場(chǎng) 極化強(qiáng)度矢量 P （ 1）定義：?jiǎn)挝惑w積內(nèi)介質(zhì)分子的電偶極矩矢量和。 是定量描述電介質(zhì)內(nèi)各極化狀態(tài)（極化程度和極化方向）的物理量。單位： C/m2 如果電介質(zhì)中各處的極化強(qiáng)度矢量大小和方向都相同，則稱為電介質(zhì)均勻極化，否則為非均勻極化。 VPP??? 分子（ 2）極化電荷的分布與極化強(qiáng)度矢量的關(guān)系 ? P用分子的平均電偶極矩表示 式中， q為分子內(nèi)的正電荷電量， L為分子正負(fù)電荷重心的平均距離矢量。 ? 極化介質(zhì)內(nèi)的極化電荷與其極化強(qiáng)度的普遍關(guān)系： lnqpnP ????? ???SSdSPq)(39。內(nèi)圖 極化介質(zhì)內(nèi)的極化電荷與極化強(qiáng)度的關(guān)系 ? 各向同性、物理性質(zhì)均勻的電介質(zhì)，其體內(nèi)不會(huì)出現(xiàn)凈余的束縛電荷，即極化電荷體密度為 0。以后我們只考慮均勻電介質(zhì)的情形。 ? 極化電介質(zhì)表面的面極化電荷密度與極化強(qiáng)度之間的關(guān)系： nPnPPdSdq ????? ?? c o s39。39。圖 均勻極化介質(zhì)球 退極化場(chǎng) ? 極化電荷和自由電荷一樣，在周圍空間產(chǎn)生附加電場(chǎng) E’， 根據(jù)疊加原理，空間任意一點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)是外電場(chǎng)和極化電荷產(chǎn)生的附加電場(chǎng)的矢量和： ? 電介質(zhì)內(nèi) E’處處和外電場(chǎng) E0方向相反，使得總電場(chǎng) E比原來(lái)的 E0減弱。極化電荷在介質(zhì)內(nèi)部的附加場(chǎng) E’總是起減弱極化的作用，因此稱為退極化場(chǎng)，其大小與電介質(zhì)的幾何形狀相關(guān)。 39。0 EEE ??圖 極化介質(zhì)的退極化場(chǎng) 167。 電介質(zhì)的極化規(guī)律 ? 電介質(zhì)的極化規(guī)律就是 P與電場(chǎng)和電介質(zhì)性質(zhì)之間的關(guān)系。 ? 電介質(zhì)中任一點(diǎn)極化強(qiáng)度 P是由總電場(chǎng) E決定的。 ? P與 E之間的關(guān)系（極化規(guī)律）與電介質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)。 ? 不同的電介質(zhì)， P與 E的關(guān)系不同，要由實(shí)驗(yàn)來(lái)確定。 電介質(zhì)的分類 （ 1）各向同性電介質(zhì) 各向同性電介質(zhì)是一種線性電介質(zhì)。 比例系數(shù) χ 叫做介質(zhì)極化率，與場(chǎng)強(qiáng)無(wú)關(guān)，是介質(zhì)材料的屬性。 當(dāng) E太大時(shí)， χ 不僅與電介質(zhì)有關(guān)，還與 E有關(guān)，此時(shí) P與 E之間是非線性關(guān)系。對(duì)取向極化電介質(zhì)， χ 還與溫度有關(guān)。 EP 0???（ 2）各向異性（線性電介質(zhì)） ? 晶體材料沿不同方向呈現(xiàn)不同的物理性質(zhì)，稱為各向異性。 ? 各向異性電介質(zhì)被極化時(shí)，極化強(qiáng)度 P與場(chǎng)強(qiáng) E的方向不同，在場(chǎng)強(qiáng)不是很強(qiáng)時(shí)，仍保持線性關(guān)系。 ? 極化率 χ 與 E無(wú)關(guān)的上述兩種電介質(zhì)統(tǒng)稱為線性電介質(zhì)。若極化中電介質(zhì)的損耗（如熱損耗）可以忽略，則稱為線性無(wú)損耗介質(zhì)。 （ 3）鐵電體電介質(zhì) ? 復(fù)雜的非線性關(guān)系，稱為電滯回線。如鈦酸鋇(BaTiO3)。 ? 鐵電體有獨(dú)特的溫度特性。 低于此溫度時(shí)呈鐵電體性質(zhì)，高于此溫度時(shí)呈一般性質(zhì)的電介質(zhì)。此溫度稱為材料的轉(zhuǎn)換溫度或居里溫度。 ? 鐵電體還具有一個(gè)重要的性質(zhì)：壓電效應(yīng)。 即當(dāng)材料受到壓縮或拉伸的機(jī)械力作用時(shí)，材料某些相對(duì)應(yīng)的表面上會(huì)出現(xiàn)異性極化電荷，而且極化電荷的面電荷密度與機(jī)械應(yīng)力成比例，應(yīng)力反向時(shí)極化面電荷變號(hào)。 ? 壓電效應(yīng)有逆效應(yīng)。 即在壓電晶體上加電場(chǎng)時(shí)，晶體會(huì)伸長(zhǎng)或壓縮形變，稱為電致伸縮效應(yīng)。 （ 4）永電體或駐極體電介質(zhì) ? 有自發(fā)的電極化強(qiáng)度，即使沒(méi)有外場(chǎng)，該物質(zhì)本身也會(huì)有電極化強(qiáng)度，稱為永
黨政相關(guān)相關(guān)推薦
鄂ICP備17016276號(hào)-1