物理學下電介質(zhì)中的電極化強度與電位移

1、物理學下 5電介質(zhì)中的電極化強度P與電位移D1有極分子：分子正負電荷中心不重合。有極分子：分子正負電荷中心不重合。無極分子：分子正負電荷中心重合；無極分子：分子正負電荷中心重合；電介質(zhì)電介質(zhì)CH+H+H+H+正負電荷正負電荷中心重合中心重合甲烷分子甲烷分子4CH+正電荷中心正電荷中心負電荷負電荷中心中心H+HO水分子水分子OH2ep分子電偶極矩分子電偶極矩ep0 ep四、電介質(zhì)的極化四、電介質(zhì)的極化 1. 無極分子的無極分子的位移極化位移極化0 epe無外電場時無外電場時ep ffl外外E加上外電場后加上外電場后0 ep+外外E極化電荷極化電荷極化電荷極化電荷2. 有極分子的轉(zhuǎn)向極化有極分子的

2、轉(zhuǎn)向極化ff外外EpMe +外外E+無外電場時無外電場時電偶極矩取向雜亂無章電偶極矩取向雜亂無章兩端面出現(xiàn)兩端面出現(xiàn)極化電荷層極化電荷層轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)向外電場外電場ep外外Eep加上外場加上外場5*五、電極化強度和極化電荷五、電極化強度和極化電荷1、電極化強度、電極化強度(矢量矢量)VpPi 單位體積內(nèi)分子電偶極矩的單位體積內(nèi)分子電偶極矩的矢量和矢量和描述了電介質(zhì)極化強弱，反映了電介質(zhì)內(nèi)分子電偶描述了電介質(zhì)極化強弱，反映了電介質(zhì)內(nèi)分子電偶極矩排列的有序或無序程度。極矩排列的有序或無序程度。l dl極化電荷極化電荷 0n0n p表面極化電荷表面極化電荷2、極化電荷和極化強度關(guān)系、極化電荷和極化強度關(guān)系(

3、1)均勻介質(zhì)極化時，其表面上某點的極化電荷面密均勻介質(zhì)極化時，其表面上某點的極化電荷面密度，等于該處電極化強度在外法線上的分量。度，等于該處電極化強度在外法線上的分量。nPnP (2)在電場中，穿過任意閉合曲面的極化強度通量等在電場中，穿過任意閉合曲面的極化強度通量等于該閉合曲面內(nèi)極化電荷總量的負值。于該閉合曲面內(nèi)極化電荷總量的負值。 SiSqSdP8情況一：9情況二：10情況三：11我們再來舉例形象地證明如下的束縛體電荷與電極化矢量的關(guān)系：下面的論證要調(diào)用到以下這個結(jié)果1213證明可見下面兩EEE 00EE 0EE 無限大均勻無限大均勻電介質(zhì)中電介質(zhì)中rEE 0 E

4、 a 充滿電場空間的各向同性均勻電介質(zhì)內(nèi)部的場強大小等充滿電場空間的各向同性均勻電介質(zhì)內(nèi)部的場強大小等于真空中場強的于真空中場強的 倍，方向與真空中場強方向一致。倍，方向與真空中場強方向一致。r 1介質(zhì)中的場介質(zhì)中的場極化電荷的場極化電荷的場自由電荷的場自由電荷的場*六、電介質(zhì)中的電場六、電介質(zhì)中的電場EEP 0 電電介介質(zhì)質(zhì)的的極極化化率率 )(ZyxxEEEP1312110 )(ZyxYEEEP2322210 )(zyxzEEEP3332310 1、線性各向異性電介質(zhì)、線性各向異性電介質(zhì) 它表示張量在它表示張量在坐標中的坐標中的9個分量，叫做電介質(zhì)的極化率張量。個分量，叫做電介質(zhì)的極化率張

5、量。個個常常數(shù)數(shù)，是是、其其中中933131211 zyxzyxEEEPPP,與與的關(guān)系是線性關(guān)系時，的關(guān)系是線性關(guān)系時，電介質(zhì)叫做電介質(zhì)叫做線性電介質(zhì)線性電介質(zhì)。2、鐵電體、鐵電體 與與 的關(guān)系是的關(guān)系是非線性非線性的，甚至的，甚至 與與 之間也不存在之間也不存在單值函數(shù)單值函數(shù)關(guān)系。關(guān)系。PEPE如：酒石酸鉀鈉（如：酒石酸鉀鈉（NaKC4H4O6）及鈦酸鋇（）及鈦酸鋇（BaTiO3）（1）、）、 由于鐵電體具有由于鐵電體具有電滯效應(yīng)，電滯效應(yīng)，經(jīng)過極化的鐵經(jīng)過極化的鐵電體在剩余極化強度電體在剩余極化強度Pr和和-Pr處是雙穩(wěn)態(tài)，可制成處是雙穩(wěn)態(tài)，可制成二二進制的存儲器。進制的存儲器。（2）

6、、）、 鐵電體的鐵電體的相對介電常數(shù)相對介電常數(shù) r不是常數(shù)不是常數(shù)，隨外，隨外加電場的變化。加電場的變化。利用鐵電體作為介質(zhì)可制成利用鐵電體作為介質(zhì)可制成容量大容量大、體積小的電容器。、體積小的電容器。 鐵電體的性能和用途鐵電體的性能和用途3、壓電體、壓電體 1880年居里兄弟發(fā)現(xiàn)石英晶體被外力壓縮或拉伸年居里兄弟發(fā)現(xiàn)石英晶體被外力壓縮或拉伸時，在石英的某些相對表面上會產(chǎn)生等量異號電荷。時，在石英的某些相對表面上會產(chǎn)生等量異號電荷。 壓電效應(yīng)壓電效應(yīng) （ 3）、鐵電體在居里點附近，材料的）、鐵電體在居里點附近，材料的電阻率會隨溫電阻率會隨溫度發(fā)生靈敏的變化度發(fā)生靈敏的變化，可以制成鐵，可以制

7、成鐵電熱敏電阻器電熱敏電阻器。 （4）、鐵電體在強光作用下能）、鐵電體在強光作用下能產(chǎn)生非線性效應(yīng)產(chǎn)生非線性效應(yīng)，常用，常用做激光技術(shù)中的做激光技術(shù)中的倍頻或混頻器件倍頻或混頻器件。4、駐極體、駐極體極化強度并不隨外場的撤除而消失。如：石蠟極化強度并不隨外場的撤除而消失。如：石蠟七、有電介質(zhì)時的高斯定理七、有電介質(zhì)時的高斯定理 iSqSdE01 自由電荷自由電荷)( iqq01 極化電荷極化電荷)SdPq(SdESS 01 SiSqSdP qSd)PE(S0 電位移矢量電位移矢量EEr 0ED EEPED 000 DE0 真空中真空中Er 0介質(zhì)中介質(zhì)中24小結(jié)：電位移D滿足特別地，對于線性電介質(zhì)，25介質(zhì)中的高斯定理介質(zhì)中的高斯定理 qSdDS自由電荷自由電荷 通過任意閉合曲面的