電介質(zhì)的極化與相關(guān)性質(zhì)物理電磁畢業(yè)論文-文庫吧資料
2025-04-13 01:56本頁面
【正文】 為 把（11）式和（12）式代入，得 即 于是代入（8）式，得出原子（或分子）的電偶極矩為 故原子（或分子）的極化率為 設(shè)單位統(tǒng)計內(nèi)包含N個原子或分子，則極化強(qiáng)度為 （13）（13）式表明，極化強(qiáng)度與交變電場之間是一種復(fù)數(shù)關(guān)系，因而極化率和折射率都是復(fù)數(shù)，下面即將說明，這意味著介質(zhì)對電磁波有吸收作用，（13）式可改寫為 與的復(fù)數(shù)關(guān)系表明兩者之間存在著一定的相位差。因為，按照Maxwell的理論，電偶極子的振動將輻射出電磁波，即輻射出能量，電偶極子的振動能量將因此而逐漸衰減，等效于受到一個阻尼力的作用。取正電荷為坐標(biāo)原點，考慮負(fù)電荷的運動。因此，在高頻電場作用下，只有電子位移極化才是實際可能的極化過程。前已指出，極化過程主要有三種機(jī)制，即電子位移極化和電偶極子轉(zhuǎn)向極化。應(yīng)該指出，單靠Maxwell理論遇到的色散困難。光在電介質(zhì)中傳播時，介質(zhì)將在高頻電場的作用下極化。溫度越高，熱運動越劇烈，電場作用造成的有序性降低，導(dǎo)致極化強(qiáng)度的減小。根據(jù)電容率ε與極化率的關(guān)系，介質(zhì)的電容率 （7）通過上式，可具體地看到轉(zhuǎn)向極化與溫度的關(guān)系。即極化強(qiáng)度應(yīng)包括轉(zhuǎn)向極化和位移極化（感應(yīng)極化）兩者的貢獻(xiàn)。據(jù)此，可計算極性分子的極化率，計算方法與順磁性的計算方法完全相同，只需簡單地用電偶極矩代替分子磁矩,用電場強(qiáng)度代替磁場強(qiáng)度即可。 有極分子的極化假定每個分子都是剛性的電偶極子，各個分子的的取向由于熱運動而雜亂無章，介質(zhì)在宏觀上不表現(xiàn)出電性。利用折射率n與電容率的Maxewll關(guān)系，可將（4）式改寫為 （5）因為（4）式是在恒定電場條件下的結(jié)果，因而公式中的電容率或折射率是靜態(tài)下的值。下面對電介質(zhì)的極化進(jìn)行定量分析2 .恒定電場引起的極化 無極分子的極化無機(jī)分子的固有電偶極矩為零，在電場作用下電子產(chǎn)生位移，每個分子的感應(yīng)電偶極矩為 （1） 式中為分子的極化率。由于電介質(zhì)的極化不僅需要考慮單個分子在電場作用下的變化，而且還涉及大量分子的集體行為，因而，把電磁理論與統(tǒng)計規(guī)律相結(jié)合就成為不可避免的了。此外，一些電介質(zhì)所具有的某種特殊性質(zhì)，如壓電性、電致伸縮、熱電效應(yīng)、鐵電性等也都與極化過程有關(guān)。各向異性晶體的電容率不能簡單地用一個數(shù)來表示，需用張量表示。光頻區(qū)域的電容率實部進(jìn)一步減小，它對應(yīng)電介質(zhì)的折射率，虛部決定了對光波的吸收。在吸收區(qū)，電容率的實部和虛部均隨頻率發(fā)生大起大落的變化。頻率進(jìn)一步增加時，轉(zhuǎn)向極化失去作用，電容率減小。對靜電場或極低頻電場，上述3種極化類型都參與極化過程 ，一定電介質(zhì)的電容率為常量。電介質(zhì)極化時對于各向同性電介質(zhì)而言，電極化強(qiáng)度矢量與總電場強(qiáng)度的關(guān)系為，為真空電容率，為電極化率，以表示相對電容率，它與電極化率間的關(guān)系為。有機(jī)分子中出現(xiàn)的主要是轉(zhuǎn)向極化，轉(zhuǎn)向極化過稱不僅與電場有關(guān)還與分子的熱運動有關(guān)，故轉(zhuǎn)向極化的結(jié)果依賴于溫度。所謂的無機(jī)分子指的是分子中電子對稱地分布在正電中心的四周，分子的正電中心與負(fù)電中心重合，分子固有電偶極矩等于零的分子。但有些物質(zhì)的電阻率并不高，不能稱為絕緣體，但因在電場作用下也能發(fā)生極化過程，也歸入電介質(zhì)一類。凡是能產(chǎn)生極化現(xiàn)象的物質(zhì)，統(tǒng)稱為電介質(zhì)。固態(tài)電介質(zhì)包括晶態(tài)電介質(zhì)和非晶態(tài)電介質(zhì)兩大類，后者包括玻璃、樹脂和高分子聚合物等，是良好的絕緣材料。充滿電介質(zhì)的電容器比真空電容器的電容大就是由于電介質(zhì)的極化作用。在外電場的作用下，束縛電荷的局部移動導(dǎo)致宏觀上顯示出電性,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。理想的絕緣介質(zhì)內(nèi)部沒有自由電荷，實際的電介質(zhì)內(nèi)部總是存在
物理相關(guān)推薦
鄂ICP備17016276號-1