9-4电介质及其极化[精].ppt

* * §9.4 电介质及其极化 电中性的分子中，带负电的电子(或负离子)与带正电的原子核(或正离子)束缚得很紧，不能自由运动－束缚电荷（或极化电荷）。 一、电介质的电结构 电偶极子模型： 每一个分子中的正电荷集中于一点，称为正电荷重心；负电荷集中于另一点，称为负电荷重心 — 两者构成电偶极子 1、有极分子(Polar molecule) — 极性电介质 例如： HCl、 H2O、CO、SO2 H2O . . . O H H H O + H + 分子正、负电荷重心不重合 有固有电偶极矩 二、有极分子和无极分子 固有电偶极矩 ~ 10–30 C·m 分子 HCl 3. 43 H2S 5. 3 HBr 2. 60 SO2 5. 3 HI 1. 26 NH3 5. 0 CO 0. 40 C2H5OH 3. 66 分子 p / (10?30C ? m) p / (10?30C ? m) H2O 6. 2 有极分子的电偶极矩 2、无极分子 (Nonpolar molecule) 例如： H2、O2、CO2、CH4 C H + H + H + H + 分子正、负电荷重心重合 无固有电偶极 — 非极性电介质 三、电介质的极化 (Polarization) 在外电场作用下，电介质表面出现正负电荷层的现象—电极化 极化机制 无极分子位移极化 有极分子取向极化 1、无极分子的位移极化 无外电场：正负电荷重心重合，介质不带电 加外电场： 产生感生电偶极矩 主要是电子（云）移动 极化的效果：端面出现极化电荷 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 极化电荷 极化电荷 2、有极分子的取向极化 无外电场：固有电偶极矩热运动，混乱分布，介质不带电。 + + + + + + + + + + + + 加外电场：外场取向与热混乱运动达到平衡。 + + + + + + + + + + + + + + + + 极化的效果：端面出现极化电荷 有极分子电介质也存在位移极化，但取向极化是主要的，它比位移极化约大一个数量级。 电场频率很高时，分子惯性较大，取向极化跟不上外电场的变化，只有惯性很小的电子才能紧跟高频电场的变化而产生位移极化，只有电子位移极化机制起作用。 四、电极化强度 (Polarization intensity） —表征电介质极化程度 如何表征？ 电极化强度：电介质中某点附近单位体积内分子电偶极矩的矢量和 单位：C/m2 —面电荷密度？ ?V ? 宏观小、微观大的体积元 极化状态：各分子电偶极矩矢量和不会完全相互抵消。 表征极化程度。 n —单位体积内的分子数 每个分子的正电荷重心相对于其负电荷重心都有一个位移l，各个分子的感应电矩都相同，电介质的极化强度为 以均匀的位移极化为例： 均匀极化：电介质各处极化强度P大小和方向都相同。 电极化强度P ～ 总场强E ?e?电极化率（介质性质，与场无关） ?介质中的总场强(外电场＋极化电荷电场) ?相对介电常数 只讨论各向同性、线性电介质。 五、各向同性、线性电介质的极化规律 方向相同（各向同性），成正比（线性）