电介质物理课件.pptx

電介質物理DIELECTRICPHYSICS第一章靜電場中電介質的極化CHAPTERIPOLARIZATIONOFDIELECTRICSUNDERSTASTICFILED本章主要內容極化的起源,介電常數與介質極化(極化的宏觀和微觀描述);介電參數宏-微觀間的聯繫:Clausius-Mossoti方程的推導與應用;電子位移極化、離子位移極化、偶極子轉向極化，有效電場；低介電常數離子晶體的極化——考慮離子間相互作用的修正有效電場；高介電常數離子晶體的極化——有效電場的計算方法；自發極化與鐵電晶體，壓電體與熱釋電體的一般介紹。Chapter1.BasicPrinciplesUsefulPhysicalConstantsMagnitudeofelectronicchargee=1.602?10-19CSpeedoflightinfreespacec=2.998?108ms-1Permittivityoffreespace?0=107/4?c2=8.854?10-12Fm-1Massofelectronm=9.109?10-31kgMassofhydrogenatommH=1.673?10-27kgBoltzmann’sconstantk=1.381?10-25JK-1Thermalenergyat300KkT?1/40eVAvogadro’snumberL=6.023?1023mol-1Atomicexitationenergy1eV=2.305?104caloriemol-1Debyeunitofdipolemoment(approximatelyequaltocharges±eatadistanceof0.2?=2?10-11m)1D=(1/3)?10-29Cm§1-1靜電場基本定律電荷庫侖定律1.電荷量子化自然界中只存在兩種電荷：正電荷和負電荷。電荷具有最小單元：e=1.6?10-19C。在自然界中,帶電體的電量都是這一最小電量e的整數倍：q=Ne?這個特性叫做電荷的量子性。1964年,蓋爾-曼(M.Gell-Mann)預言：更基本的粒子誇克和反誇克的電量應取±e/3或±2e/3。但我們至今尚未發現單獨存在的誇克。電荷間有電力的相互作用：同種電荷相斥,異種電荷相吸。F(1)r是從點電荷q1指向點電荷q2的單位向量。真空的介電常量2.庫侖定律真空中,點電荷q1對點電荷q2的作用力為q2rq1r則表示兩個點電荷之間的距離。(2)公式中的係數是SI制要求的。(3)點電荷q2受的力，與點電荷q1受的力大小相等而方向相反。2.電場強度向量E它受的力為F，於是我們定義：該點的電場強度為2.電場強度向量E是反映電場性質的物理量，與試驗電荷qo無關。在靜止電荷產生的靜電場中的一場點，引入一個試驗電荷qo(qo的電量、幾何尺度必須很小),電場中某場點上的電場強度向量等於置於該點的單位正電荷所受的力。式中的Ei是電荷qi單獨存在時產生的電場強度。3.場強疊加原理設源電荷是由n個點電荷q1,q2,…qn構成,在該電場中試驗電荷qo受的力為在n個點電荷產生的電場中某點的電場強度等於每個點電荷單獨存在時在該點所產生的電場強度的向量和,這一結果稱為場強疊加原理。！4.場強的計算.PrqE的大小：(1)點電荷的電場設有一靜止的點電荷q，現計算與q相距r的p點的場強。試驗電荷qo在P點受到的電場力為若q>0,電場方向由點電荷沿徑向指向四方；若q<0,則反向。即點電荷的電場具有球對稱性。(向量和)(1-9)(2)點電荷系的電場?由n個點電荷q1,q2,…qn產生的電場，可利用點電荷場強公式，直接由疊加原理求得(3)帶電體的電場對電荷連續分佈的帶電體,可劃分為無限多個電荷元dq(點電荷),用點電荷的場強公式積分：(1-10)三、電位移（電感應強度）EEEds1.電力線(電場線)為了形象地描繪電場在空間的分佈,按下述規定在電場中畫出的一系列假想的曲線—電力線：(1)曲線上每一點的切線方向表示該點場強的方向;(2)通過垂直於電場方向單位面積上的電力線條數等於該點電場強度的大小。d?e—通過ds的電力線條數(a)正電荷(b)負電荷(b)(a)(c)一對等量正電荷(d)一對等量異號電荷(c)(d)靜電場電力線的特點：(1)電場線起自正電荷,止於負電荷,或延伸到無窮遠處。(2)電場線不形成閉合曲線。(3)在沒有電荷處,兩條電場線不會相交,也不會中斷。?Edsds2.電通量電通量—通過電場中任一給定曲面的電力線總數。從圖可以看出，