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电介质物理学

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  电介质物理学(dielectric physics),研究电介质宏观介电性质及其微观机制以及电介质的各种特殊效应的物理学分支学科。基本内容包括极化机构、标志介电性质的电容率与介质的微观结构以及与温度和外场频率间的关系、电介质的导热性和导电性、介质损耗、介质击穿机制等。此外,还有许多电介质具有的各种特殊效应。  '''电介质物理学'''(dielectric physics),研究[[电介质]]宏观介电性质及其微观机制以及电介质的各种特殊效应的[[物理学]]分支[[学科]]。基本内容包括极化机构、标志介电性质的电容率与介质的微观结构以及与温度和外场频率间的关系、电介质的导热性和导电性、介质损耗、介质击穿机制等。此外,还有许多电介质具有的各种特殊效应。  电介质包括气态、液态和固态等范围广泛的物质。固态电介质包括晶态电介质和非晶态电介质两大类,后者包括玻璃、树脂和高分子聚合物等,是良好的绝缘材料。凡在外电场作用下产生宏观上不等于零的电偶极矩,因而形成宏观束缚电荷的现象称为电极化,能产生电极化现象的物质统称为电介质。电介质的电阻率一般都很高,被称为绝缘体。有些电介质的电阻率并不很高,不能称为绝缘体,但由于能发生极化过程,也归入电介质。通常情形下电介质中的正、负电荷互相抵消,宏观上不表现出电性,但在外电场作用下可产生如下3种类型的变化:①原子核外的电子云分布 产生畸变,从而产生不等于零的电偶极矩,称为畸变极化;②原来正、负电中心重合的分子,在外电场作用下正、负电中心彼此分离,称为位移极化;③具有固有电偶极矩的分子原来的取向是混乱的,宏观上电偶极矩总和等于零,在外电场作用下,各个电偶极子趋向于一致的排列,从而宏观电偶极矩不等于零,称为转向极化。电介质极化时,电极化强度矢量P与总电场强度E的关系为P=ε0χeE,ε0为真空电容率,χe为电极化率,εr=1+χe称为相对电容率(见电极化强度,电极化率)。电极化率或电容率与外电场的频率有关。对静电场或极低频电场,上述3种极化类型都参与极化过程 ,一定电介质的电容率为常量。电场频率增加时,转向极化逐渐跟不上外电场的变化,电容率变为复数,虚部的出现标志着电场能量的损耗,称为介电损耗。频率进一步增加时,转向极化失去作用,电容率减小。在红外线波段,电介质正、负电中心的固有振动频率往往与外场频率一致,从而产生共振,表现为电介质对红外线的强烈吸收。在吸收区,电容率的实部和虚部均随频率发生大起大落的变化。在可见光波段,位移极化也失去作用,只有畸变极化起作用。光频区域的电容率实部进一步减小,它对应电介质的折射率,虚部决定了对光波的吸收。在强电场(如激光)作用下,极化强度 P 与电场强度E不再有线性关系 ,这使电介质表现出种种非线性效应(见非线性光学)。各向异性晶体的电容率不能简单地用一个数来表示,需用张量表示。  电介质包括气态、液态和固态等范围广泛的物质。固态电介质包括晶态电介质和非晶态电介质两大类,后者包括玻璃、树脂和高分子聚合物等,是良好的绝缘材料。凡在外电场作用下产生宏观上不等于零的电偶极矩,因而形成宏观束缚电荷的现象称为电极化,能产生电极化现象的物质统称为电介质。电介质的电阻率一般都很高,被称为绝缘体。有些电介质的电阻率并不很高,不能称为绝缘体,但由于能发生极化过程,也归入电介质。通常情形下电介质中的正、负电荷互相抵消,宏观上不表现出电性,但在外电场作用下可产生如下3种类型的变化:   ①原子核外的电子云分布 产生畸变,从而产生不等于零的电偶极矩,称为畸变极化;   ②原来正、负电中心重合的分子,在外电场作用下正、负电中心彼此分离,称为位移极化;   ③具有固有电偶极矩的分子原来的取向是混乱的,宏观上电偶极矩总和等于零,在外电场作用下,各个电偶极子趋向于一致的排列,从而宏观电偶极矩不等于零,称为转向极化。   电介质极化时,电极化强度矢量P与总电场强度E的关系为P=ε<sub>0</sub>χ<sub>e</sub>E,ε<sub>0</sub>为真空电容率,χ<sub>e</sub>为电极化率,ε<sub>r</sub>=1+χ<sub>e</sub>称为相对电容率。电极化率或电容率与外电场的频率有关。对静电场或极低频电场,上述3种极化类型都参与极化过程 ,一定电介质的电容率为常量。电场频率增加时,转向极化逐渐跟不上外电场的变化,电容率变为复数,虚部的出现标志着电场能量的损耗,称为介电损耗。频率进一步增加时,转向极化失去作用,电容率减小。在红外线波段,电介质正、负电中心的固有振动频率往往与外场频率一致,从而产生共振,表现为电介质对红外线的强烈吸收。在吸收区,电容率的实部和虚部均随频率发生大起大落的变化。在可见光波段,位移极化也失去作用,只有畸变极化起作用。光频区域的电容率实部进一步减小,它对应电介质的折射率,虚部决定了对光波的吸收。在强电场(如激光)作用下,极化强度 P 与电场强度E不再有线性关系 ,这使电介质表现出种种非线性效应(见非线性光学)。各向异性晶体的电容率不能简单地用一个数来表示,需用张量表示。
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