電介質(zhì)物理復(fù)習(xí)資料

1、導(dǎo)電性的分類及其關(guān)系導(dǎo)體：具有良好的導(dǎo)電性，其電阻率在10-5歐厘米以下絕緣體：電阻率大于108歐厘米的材料稱作絕緣體.半導(dǎo)體：電阻率介于金屬和絕緣體之間。價(jià)帶和導(dǎo)帶之間存在著一個(gè)帶隙，或稱禁帶電子位移極化4.偶極矩轉(zhuǎn)向極化離子位移極化5.熱離子極化由界面自由電荷的緩慢集聚所形成的類似松弛極化的極化和損耗，稱為 Maxwell -Wagner夾層效應(yīng)。92電子位移極化：在外電場(chǎng)作用下，構(gòu)成原子外圍的電子云相對(duì)于原子核發(fā)生位移，這種極化 稱為電子位移極化（電子極化），其極化率稱為電子位移極化率.。極化率為快極化：10-15 -10-16s，該極化無損耗。離子位移極化：離子晶體中正、負(fù)離子發(fā)生相對(duì)

2、位移而形成的極化，稱為離子（位移）極化（Ionic polarization）。極化率用 a.表示。自發(fā)極化：在一定溫度范圍內(nèi)、單位晶胞內(nèi)正負(fù)電荷中心不重合，形成偶極矩，呈現(xiàn)極性。 這種在無外電場(chǎng)作用下存在的極化現(xiàn)象稱為自發(fā)極化。偶極子轉(zhuǎn)向極化：當(dāng)極性分子受外電場(chǎng)作用時(shí)，偶極子就會(huì)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，由于偶極子與電場(chǎng)方 向相同時(shí)具有最小位能，于是就電介質(zhì)整體來看，偶極矩不再等于零，而出現(xiàn)沿電場(chǎng)方向的 宏觀偶極矩，這種極化現(xiàn)象稱為偶極子轉(zhuǎn)向極化。熱離子極化（離子松弛極化）為慢極化，建立時(shí)間約為10-210-6秒夾層極化是多層電解質(zhì)組成的復(fù)合絕緣中產(chǎn)生的一種特殊的空間電荷極化。其極化過程特別 緩慢，所需時(shí)間

3、由幾秒到幾十分鐘，甚至更長(zhǎng)，且極化過程伴隨有較大的能量損耗，所以也 屬于有損極化。夾層極化的發(fā)生是由于各層電解質(zhì)的介電常數(shù)不同，其電導(dǎo)率也不同，導(dǎo)致 在各層介質(zhì)的交界面上出現(xiàn)宏觀上的空間電荷堆積，形成所謂的夾層極化。極化的微觀概念：在電場(chǎng)作用下，雖然正電荷沿電場(chǎng)方向移動(dòng)，負(fù)電荷逆電場(chǎng)方向移動(dòng)，但 它們并不能離開介質(zhì)形成電流，只能產(chǎn)生微觀尺度的相對(duì)位一一出現(xiàn)偶極矩，這個(gè)現(xiàn)象叫 做極化。極化的宏觀概念：在外電場(chǎng)作用下，電介質(zhì)內(nèi)部沿電場(chǎng)方向產(chǎn)生感應(yīng)偶極矩，在電介質(zhì)表面 出現(xiàn)極化電荷的現(xiàn)象叫作電介質(zhì)的極化。定義：?jiǎn)挝惑w積內(nèi)分子電距的矢量和為極化強(qiáng)度，反映了電解質(zhì)的極化程度。p = NaEi、p =（

4、1）E微觀極化: 宏觀極化：.p =（-1）E = NaE0_ iNa E克勞修斯方程：或： - 1 *b節(jié)0電子位移極化結(jié)論同族元素：a由上到下增大，因：外層電子數(shù)增加，原子半徑R增大；e同周期元素：不定，因：外層電子數(shù)雖然增加，但軌道半徑可能減?。浑x子的電子位移極化率的變化規(guī)律與原子大致相同。離子半徑大，極化率大；實(shí)測(cè)電子位移極化率與理論結(jié)果仍有差別，但研究發(fā)現(xiàn)，ae/4監(jiān)0R3值大，對(duì)極化貢獻(xiàn)大， 如：Pb2+、O2-電子位移極化率與溫度無關(guān)，因?yàn)?，R與T無關(guān)；極化率為快極化：10-15 10-i6s，在第二章解釋該極化無損耗。在光頻下，只有電子極化，介質(zhì)的光折射率為：=光在真空中的速度

5、二，. 光在介質(zhì)中的速度四為介質(zhì)的磁導(dǎo)率，對(duì)介質(zhì)材料一般目=1，.，.n2 = g為光頻下的介電常數(shù)離子位移極化結(jié)論離子位移極化率與電子位移極化率幾乎有相同的數(shù)量級(jí)，均在4兀（10-10）3司0-40法米2 數(shù)量級(jí)；離子位移極化只可能在離子晶體中存在，液體或氣體介質(zhì)中不存在離子極化；離子位移極化只與離子晶體結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān)，與溫度無關(guān)；離子位移極化建立或消除時(shí)間與離子晶格振動(dòng)周期有相同數(shù)量級(jí)，10-1210-13秒。 電子位移極化及極化率：a , = 4兀氣R 3,建立時(shí)間：10 -1510 -16秒； 離子位移極化及極化率：a = 12赤03、，建立時(shí)間：10 -1210 -13秒；i A（ n

6、 - 1）a = N q2入2（ M + M）i4 兀 2 C 2 M M3 .偶極矩轉(zhuǎn)向極化及極化率：ad = 3：j，建立時(shí)間：10 -2 10 -6秒。根據(jù)電介質(zhì)分子參與極化運(yùn)動(dòng)的種類，把極化分成三類：電子位移極化ae；離子位移極化 a.；偶極矩轉(zhuǎn)向極化ad。電介質(zhì)的總極化為：a= ae+a. +ad極化的建立過程：在電場(chǎng)I的作用下，極化的建立需要經(jīng)過一定的時(shí)間才能達(dá)到平衡狀態(tài)，如 電子位移極化和離子位移極化需10-1610-12秒。松弛極化，如偶極矩轉(zhuǎn)向和熱離子極化需10-10 秒或更長(zhǎng)，對(duì)靜電場(chǎng)來說是有足夠的時(shí)間讓極化建立起來。弛豫現(xiàn)象：實(shí)際介質(zhì)的極化形成滯后于外加電場(chǎng)，并隨時(shí)間電場(chǎng)

7、作用時(shí)間的增加而增加，這 種現(xiàn)象稱為弛豫現(xiàn)象。這一過程同時(shí)伴隨一隨時(shí)間而衰減的電流，稱為吸收電流（或剩余電流）。介電頻率彌散區(qū)：考慮了介質(zhì)的極化弛豫后，介電常數(shù)與頻率有關(guān)，并在100t0.01區(qū)域 中，電介質(zhì)性質(zhì)發(fā)生變化，且伴隨介質(zhì)極化出現(xiàn)能量耗散，引起介質(zhì)損耗，這種現(xiàn)象稱為介 質(zhì)彌散，這個(gè)頻率區(qū)稱為彌散區(qū)。微波爐的工作區(qū)：微波加熱是使水分子產(chǎn)生諧振式極化而產(chǎn)生大量的熱。水的固有振動(dòng)頻率 為2450MHZ，故工作頻率為2450MHZ。電介質(zhì)諧振式極化：分別對(duì)應(yīng)于遠(yuǎn)紅外光譜紫外光譜實(shí)部虛部對(duì)應(yīng)吸收放射。極化：1，弛豫式極化2,諧振式極化德拜弛豫1中(t) = e * t極化介質(zhì)的馳豫函數(shù)T諧振式

8、極化：電介質(zhì)里原子、分子體系中電子和晶格中離子固有振動(dòng)頻率為1012 HZ-1016 HZ。 在紅外、可見、紫外(1012 HZ-IO16 HZ)頻段內(nèi)的光波作用下將產(chǎn)生諧振?？艘荒匠蹋嚎艘荒匠蹋簄 =Na M _N 以 3e 0 p 3e 0翁薩格(O nsager)有效電場(chǎng)模型.翁薩格(O nsager)有效電場(chǎng)模型.4=I.3兀a3N = 1， 口 = 口 + a E極性液體極性分子可看成一半徑為 偶極矩用位于球心上的理想偶極矩 口 -極性分子固有偶極矩0a -極性分子的電子位移極e e -作用在偶極矩上的有效化率電場(chǎng)。的小球，分子的 口表示。2.G 一空腔電場(chǎng)2.G 一空腔電場(chǎng)當(dāng)電

9、介質(zhì)在外電場(chǎng)E的作用下，則在介質(zhì)中有一半徑為a的真空，小球外可視為連續(xù)的介質(zhì)，介電常數(shù)為8，由拉普拉斯方程可求得球內(nèi)、外的電位為：ZB(A rn + )P(cos0)一 球外+ n )P (cos 0)一 球內(nèi) r n+1n(A rn +中1中2 =K(C r并假想半徑為a的分子小球被挖出，邊界條件: a)離小球無限遠(yuǎn)處的電場(chǎng)不受空球的影響，即:中 I = -E - r - cos0了球面上兩邊的電位相等：叩 r=a =O 21 r=aC)球面上電位移的垂直表面分量連續(xù)，即：813 Jr813 Jr=a)r=ad)在球心，中2為有限值，即D = 0E28 +1三.近20年里的至少3年的諾貝爾物

10、理獎(jiǎng)獲得者及其主要成就2014年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)?wù)邽槌嗥橛隆⑻煲昂坪椭写逍薅?。原因是發(fā)明“高亮度藍(lán)色發(fā)光 二極管”2013年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)?wù)邽楸壤麜r(shí)物理學(xué)家弗朗索瓦恩格勒特和英國(guó)物理學(xué)家彼 得希格斯。原因是兩位科學(xué)家描述了粒子物理學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)模型，其預(yù)測(cè)的基本粒子一希格 斯玻色子，被歐洲核子研究中心運(yùn)行的大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)。2011年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)?wù)邽槊绹?guó)加州大學(xué)伯克利分校天體物理學(xué)家薩爾波爾馬特、美 國(guó)/澳大利亞物理學(xué)家布萊恩施密特以及美國(guó)科學(xué)家亞當(dāng)里斯。原因是他們“通過觀測(cè)遙遠(yuǎn) 超新星發(fā)現(xiàn)宇宙的加速膨脹”。2010年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)?wù)邽橛?guó)曼徹斯特大學(xué)科學(xué)家安德烈海姆和康斯

11、坦丁諾沃肖 洛夫。他們?cè)?004年制成石墨烯材料。2009年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)?wù)邽橛?guó)華裔科學(xué)家高餛以及美國(guó)科學(xué)家威拉德博伊爾和喬 治史密斯。高餛獲獎(jiǎng)是由于在有關(guān)光在纖維中的傳輸以用于光學(xué)通信方面作出了突破性 成就，而兩位美國(guó)科學(xué)家的主要成就是發(fā)明半導(dǎo)體成像器件電荷耦合器件（CCD）圖像傳 感器。2008年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)?wù)邽槊绹?guó)籍科學(xué)家南部陽一郎和日本科學(xué)家小林誠(chéng)、益川敏英。 南部陽一郎的貢獻(xiàn)是發(fā)現(xiàn)了亞原子物理學(xué)中的自發(fā)對(duì)稱性破缺機(jī)制，而小林誠(chéng)和益川敏英的 貢獻(xiàn)是發(fā)現(xiàn)了有關(guān)對(duì)稱性破缺的起源。2007年，法國(guó)科學(xué)家阿爾貝費(fèi)爾和德國(guó)科學(xué)家彼得格林貝格爾因發(fā)現(xiàn)巨磁電阻效應(yīng)而獲 諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。2006年，美國(guó)科學(xué)家約翰馬瑟和喬治斯穆特因發(fā)現(xiàn)了宇宙微波背景輻射的黑體形式和各向 異性而獲獎(jiǎng)。2005年，美國(guó)科學(xué)家羅伊格勞伯、約翰霍爾和德國(guó)科學(xué)家特奧多爾亨施因?yàn)閷?duì)光學(xué)相干 的量子理論的貢獻(xiàn)和對(duì)基于激光的精密光譜學(xué)發(fā)展作出了貢獻(xiàn)而獲獎(jiǎng)。2004年，諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)歸屬美國(guó)科學(xué)家戴維格羅斯、戴維波利策和弗蘭克維爾切克。他 們發(fā)現(xiàn)了粒子物理強(qiáng)相互作用理論中的漸近自由現(xiàn)象。2003年，擁有俄羅斯和美國(guó)雙重國(guó)籍的科學(xué)家阿列克謝阿布里科索夫、俄羅斯科學(xué)家維塔 利?金茨堡以及擁有英國(guó)和美國(guó)雙重國(guó)籍的科學(xué)家安東尼萊格特因在超導(dǎo)體和超流體理論 上作出了開創(chuàng)性貢獻(xiàn)而獲獎(jiǎng)。2002年