《高职高专物理》第五章（5.5）电介质极化

555电介质极化 、电介质 Dielectric)的极化 1电介质就是绝缘介质 电介质内没有可以自由移动的电荷,在电场作用下,电介质中的电荷只能在分子 范围内移动。 2分子电矩 分子一电偶极子(模型) 分子的正负电中心相对错开。 十 分子电矩 电介质分子 3电介质的极化 (1)极性电介质的极化 极性分子( Polar molecule)也称有极分子在正常情况下,内部电荷分布不对称,正 负电中心已错开,有固有电矩p 常见极性分子:如HCl、H2O、CO和有机玻璃等 有极分子电介质的极化是有极分子的取向极化。 ○H H2O 有极分子 E △V △V 无外电场 有外电场

1 §5.5 电介质极化 一、电介质(Dielectric)的极化 1 电介质就是绝缘介质 电介质内没有可以自由移动的电荷，在电场作用下，电介质中的电荷只能在分子 范围内移动。 2.分子电矩 分子—电偶极子(模型) 分子的正负电中心相对错开。 分子电矩 3 电介质的极化 (1) .极性电介质的极化 极性分子(Polar molecule)也称有极分子在正常情况下，内部电荷分布不对称，正 负电中心已错开，有固有电矩 p 分， 常见极性分子：如 HCl 、H2O、CO 和有机玻璃等。 有极分子电介质的极化是有极分子的取向极化。 有极分子 p 分 + - 电介质分子 p 分 = q 分 l 分 E 外 V 有外电场 V 无外电场 P 分 + -

取向极化 无外电场时:每个分子p分≠0,由于热运动,各P取向混乱,小体积△(宏观 小、微观大)内有大量分子→方分=0 有外电场时:各p分向电场方向取向趋于相同(由于热运动,取向并非完全一致) 在ΔV内Σp分≠0,且外电场越强|Σp剑越大,这种极化称取向极化。 (2)非极性电介质的极化 非极性分子(Non- polar molecule)又称无极分子在正常情况下电荷分布对称,正 负电荷中心重合,无固有电矩。非极性分子又称无极分子,常见非极性分子电介 质有He、H2、N2、O2、CO2、氢、甲烷、石蜡等): 非极性电介质的极化是无极分子的位移极化 无外电场时:每个分子P分=0,△V内∑方分=0。 有外电场时:正负电中心产生相对位移,p尔称感应电矩)≠0,△V内Σp分≠0 且外电场越强,|Σp越大,这种极化称为位移极化 HO--C-+OH E △ 无极分子 位移极化 4电介质中的电场强度 1)束缚电荷( Bound charge) 电介质极化后,在电介质体内及表面上可以出现束缚电荷(又称极化电荷)。 由于电介质极化后会出现束缚电荷,空间某点的电场应是由自由电荷与束缚 电荷共同产生的。此时,在电介质中的电场是外电场E和束缚电荷电场E叠加 的结果,电介质中的合场强E的大小比外电场E0小,它们之间有如下的关系 E O 式中,ε是电介质的相对电容率

2 取向极化 无外电场时：每个分子 p 分  0 ，由于热运动，各 p 分取向混乱，小体积V(宏观 小、微观大)内有大量分子  p 分= 0。 有外电场时：各 p 分向电场方向取向趋于相同(由于热运动，取向并非完全一致) 在V 内  p 分  0，且外电场越强 |  p 分| 越大，这种极化称取向极化。 (2) .非极性电介质的极化 非极性分子(Non-polar molecule)又称无极分子在正常情况下电荷分布对称，正 负电荷中心重合，无固有电矩。非极性分子又称无极分子，常见非极性分子电介 质有 He、 H2、 N2、 O2、 CO2、氢、甲烷、石蜡等）： 非极性电介质的极化是无极分子的位移极化。 无外电场时：每个分子 p 分 = 0，V 内  p 分 = 0。 有外电场时：正负电中心产生相对位移， p 分(称感应电矩)  0，V 内  p 分  0， 且外电场越强， |  p 分| 越大，这种极化称为位移极化。 无极分子 位移极化 4 电介质中的电场强度 1）束缚电荷(Bound charge) 电介质极化后，在电介质体内及表面上可以出现束缚电荷(又称极化电荷)。 由于电介质极化后会出现束缚电荷，空间某点的电场应是由自由电荷与束缚 电荷共同产生的。 此时，在电介质中的电场是外电场 E0 和束缚电荷电场 E/叠加 的结果，电介质中的合场强 E 的大小比外电场 E0 小，它们之间有如下的关系 式中，εγ是电介质的相对电容率。 0 0 r ' E E E E  = − = E 外 V 

由于束缚电荷的出现,减弱了电介质中的电场,因此电容器的电容变大 2压电体 压电现象:某些离子型晶体的电介质,由于结晶点阵的有规则分布,当发生机 械变形时,能产生电极化现象,称为压电现象 电致伸缩 晶体在带电或处于电场中时,其大小发生变化,即伸长或缩短,是 压电现象的逆现象。 压电现象和电致伸缩的应用 压电现象可用来变机械振动为电振荡,电致伸缩可变电振荡为机械 振动。 压电现象和电致伸缩的应用 (1)晶体振荡器:利用压电效应,将压电体的机械振动转变为同频率的电振 汤 应用:通讯、精密电子设备、计算机等 (2)电声换能器:利用压电效应可将声能转换为电振动;也可利用电致伸缩 效应将电能转换为声能。 应用:电唱头、扬声器、耳机、蜂鸣器等电声器件 超声波(B超、固体探伤和海洋探测) (3)压力传感器:利用压电效应,可将非电量压力转换为电学量的测量 铁电体 铁电性:电极化规律具有复杂的非线性,并且撤去外场后能 保留剩余极化,这种性质叫铁电性。 铁电体:具有铁电性的电介质,如钛酸钡陶瓷、酒石酸钾钠单 应用(1)在电容器中放入铁电体,电容将增大很多倍 (2)利用铁电体的非线性关系制成非线性电容; (3)利用铁电体的电滞线性,可制造计算机的记忆元件

3 由于束缚电荷的出现，减弱了电介质中的电场，因此电容器的电容变大。 某些离子型晶体的电介质，由于结晶点阵的有规则分布，当发生机 械变形时，能产生电极化现象，称为压电现象。 压电现象： 电致伸缩： 晶体在带电或处于电场中时，其大小发生变化，即伸长或缩短，是 压电现象的逆现象。 压电现象和电致伸缩的应用： 压电现象可用来变机械振动为电振荡，电致伸缩可变电振荡为机械 振动。 压电现象和电致伸缩的应用： (1)晶体振荡器：利用压电效应，将压电体的机械振动转变为同频率的电振 荡。 应用：通讯、精密电子设备、计算机等 (2)电声换能器：利用压电效应可将声能转换为电振动；也可利用电致伸缩 效应将电能转换为声能。 应用：电唱头、扬声器、耳机、蜂鸣器等电声器件 超声波（B超、固体探伤和海洋探测） 铁电性： 电极化规律具有复杂的非线性，并且撤去外场后能 保留剩余极化，这种性质叫铁电性。 铁电体： 具有铁电性的电介质，如钛酸钡陶瓷、酒石酸钾钠单 晶。 应用（1）在电容器中放入铁电体，电容将增大很多倍； （2）利用铁电体的非线性关系制成非线性电容； （3）利用铁电体的电滞线性，可制造计算机的记忆元件。 2.压电体 (3)压力传感器：利用压电效应，可将非电量压力转换为电学量的测量。 三、铁电体

果电补电体禁后,能长期保留其极化状态,且不受外电场的 影响的一类电介质。 永电体的制备方法 热驻极法、电驻极法、光和磁驻极法等 永电体的应用 永电体换能器(传感器)

4 四、永电体（驻极体） 永电体：外界条件撤去后，能长期保留其极化状态，且不受外电场的 影响的一类电介质。 永电体的制备方法： 热驻极法、电驻极法、光和磁驻极法等 永电体的应用： 永电体换能器（传感器）