【正文】 固有偶極矩取向極化 如果組成介質(zhì)的分子具有固有偶極矩（稱為有極分子），例如，水分子 H2O，其中氧離子與二個(gè)氫離子不是在一條直線上，而是分布在三角形的三個(gè)頂點(diǎn)上。 P 當(dāng)電場 E=0時(shí)，介質(zhì)中各分子的固有偶極矩的取向是無規(guī)則的，所以各偶極矩的矢量和為零，介質(zhì)不存在極化。在離子位移極化和電子位移極化的情況，位移極化的產(chǎn)生是由于電場力與彈性力的共同作用下出現(xiàn)與電場方向平行的感應(yīng)偶極矩 。 電場力與準(zhǔn)彈性力 是矛盾的兩個(gè)方面。 或者說 ， 電場的作用使固有偶極矩有序化 ， 熱運(yùn)動的作用使固有偶極矩?zé)o序化 ， 電場與熱運(yùn)動是矛盾的兩個(gè)方面 。 取向極化與位移極化的機(jī)制不同 ， 因此處理方法也不同 。 1. 當(dāng)電場 E=0，熱運(yùn)動 ?0時(shí)，介質(zhì)中各分子的固有偶極矩完全無序化； 2. 電場 E?0，熱運(yùn)動 =0（絕對零度）時(shí)，介質(zhì)中各分子的固有偶極矩完全有序化； 3. 當(dāng)電場 E?0，熱運(yùn)動 ?0時(shí)，介質(zhì)中各分子的固有偶極矩的排列介于上述兩種情況之間。 有極分子的分布示意圖 因?yàn)楫?dāng)溫度不等于絕對零度 （即 T?0K）時(shí)，介質(zhì)中各分子的熱運(yùn)動也不等于零，所以在一般電場作用下，介質(zhì)中各分子的固有偶極矩是不能出現(xiàn)如圖所示的完全有序化，這也表示當(dāng)E=0， T?0K時(shí)，各分子的固有偶極矩在電場方向上的分量各不相同 ,而固有偶極矩在電場方向上的分量才對介質(zhì)的極化有貢獻(xiàn) . 計(jì)算結(jié)果 ,可得取向極化率 ?orien為 203o r ie n BPkT? ?式中為 P0分子固有偶極矩， kB是玻爾茲曼常數(shù)， T是絕對溫度。 偶極子取向極化的特點(diǎn)： a) 極化是非彈性的 ， 消耗的電場能在復(fù)原時(shí)不可能收回 。 c) 溫度對極性介質(zhì)的 ε有很大的影響 。 分子中存在固有偶極矩的概念的建立 ， 不僅可以解釋一些由有極分子組成的電介質(zhì)具有較大的介電常數(shù)這一事實(shí) ， 而且對于電介質(zhì)的了解和有關(guān)的分子結(jié)構(gòu)知識都是有貢獻(xiàn)的 。 松弛極化：松弛質(zhì)點(diǎn) 由于熱運(yùn)動使之分布混亂， 電場力使之按電場規(guī)律分布，在一定溫度下發(fā)生極化。 （ 1）離子松弛極化 結(jié)構(gòu)正常區(qū) 缺陷區(qū) U松 U’松 U導(dǎo)電 根據(jù)弱聯(lián)系離子在有效電場作用下的運(yùn)動，以及對弱離子運(yùn)動位壘計(jì)算，可以得到 離子熱弛豫極化率 的大小為： 式中： q為離子荷電量， δ為弱聯(lián)系離子在電場作用下的遷移。 離子松弛極化率比電子位移極化率大一個(gè)數(shù)量級，可導(dǎo)致材料大的介電常數(shù)。 松馳極化的特點(diǎn)： ? 松馳極化的帶電質(zhì)點(diǎn)在熱運(yùn)動時(shí)移動的距離可以有分子大小 ， 甚至更大 。 ? 松馳極化多發(fā)生在晶體缺陷處或玻璃體內(nèi) 。 + + + + + + + + + + + + 外電場 P 空間電荷極化的特點(diǎn)： ① 時(shí)間較長； ② 屬非彈性極化 ， 有能量損耗； ③ 隨溫度的升高而下降； ④ 主要存在于直流和低頻下 ， 高頻時(shí)因空間電荷來不及移動 ， 沒有或很少有這種極化現(xiàn)象 。晶胞的固有電矩便會沿著同一方向排列整齊，使晶體處在高度的極化狀態(tài)下，由于這種極化狀態(tài)是在外場為零時(shí)自發(fā)地建立起來的，因此稱為自發(fā)極化。 即極板上的所有電荷所產(chǎn)生） 構(gòu)成物體的所有質(zhì)點(diǎn)電荷的電場之和 E1 （退極化電場，即由材料表面感應(yīng)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 + + + + + + + + － － － － － － － + + + －－－ E外 E1 E2 E3 對于氣體質(zhì)點(diǎn)，其質(zhì)點(diǎn)間的相互作用可以忽略，局部電場與外電場相同。 作用于介質(zhì)中質(zhì)點(diǎn)的內(nèi)電場 周圍介質(zhì)的極化作用對作用于特定質(zhì)點(diǎn)上的電場貢獻(xiàn)。 克勞修斯 莫索蒂方程的適用范圍： 適用于分子間作用很弱的氣體、非極性液體、非極性固體、具有適當(dāng)對稱性的固體。 ? 影響介電常數(shù)的因素： –介電類型 –溫度系數(shù) ?介電常數(shù)與溫度呈強(qiáng)的非線性關(guān)系，用溫度系數(shù)描述溫度特征難度大 ?介電常數(shù)與溫度呈線性關(guān)系，可以用溫度系數(shù)描述介電常數(shù)與溫度的關(guān)系 介電常數(shù)的溫度系數(shù) 根據(jù)介電常數(shù)與溫度的關(guān)系，電子陶瓷可分為兩大類： 非線性的陶瓷介質(zhì)：鐵電陶瓷、松弛極化十分明顯的材料。 由 Q=CoV V=Q/Co=?Idt/Co I=CodV/dt 電容上的電流： Io=i?CoV 兩極板間充入非極性完全絕緣的材料， 電容上的電流： I=i?CV= i??rCoV= ?rIo 如果介質(zhì)有微弱的導(dǎo)電，則其中有一個(gè)與外加電壓相位相同的小電流（ I= i?CV+GV） 通過 V i?CV 設(shè)電導(dǎo) G僅由自由電荷產(chǎn)生，則 : G=?S/d , 由于電容 : C=?l S/d 則電流密度 : j=(i??l + ?)E= ?*E= i??l* E 復(fù)電導(dǎo)率 ?* 的定義： ?*= i??l + ? 復(fù)介電常數(shù)的定義： ?l*= ?* / i?= ?l i ?/ ? 損耗角 ?的定義： tg?=損耗項(xiàng) /電容項(xiàng) =?/ ? ?l 得： ? = ? ?l tg? （ ?l tg? 僅與介質(zhì)有關(guān)） 損耗因子： ?l tg? （其大小作為絕緣材料的判據(jù)） ? 損耗項(xiàng) 電容項(xiàng)（損耗項(xiàng) 電容項(xiàng)（損耗項(xiàng) 電容項(xiàng)（介電常數(shù)的溫度系數(shù)的確定： 根據(jù)用途，對其有不同的要求： 要求為正：濾波旁路和隔直流的電容器； 要求為負(fù)：熱補(bǔ)償電容器 接