第五节 电介质极化

§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 、H 2O 、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

取向极化

p 分

+

-

电介质分子

p 分 = q 分l 分

E

有外电场

无外电场

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 、 H 2、 N 2、 O 2、 CO 2、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E 0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E 0小，它们之间有如下的关系 式中，ε

γ

是电介质的相对电容率。

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。

0r

'E E E E ε=-=

E 外

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。 (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

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）。