§1-1电介质的极化

教学要求：理解极化的概念，极化的四种形式及其特点。

1、电介质的概念

电介质是指那些具有很高电阻率，且能在其中持久建立静电场的物质。通常指导电性能极差的介质。

2、电介质的化学结构

3、电介质的分类

①按状态分：固体电介质，液体电介质，气体电介质

②按化学结构分：非极性电介质，弱极性电介质，极性电介质，离子性电介质

4、电介质的极化

①极化的概念

当外电场作用于电介质的时候，会在电介质沿电场方向的两端形成等量异号电荷，就像偶极子一样，对外呈现极性，这种现象称为电介质的极化。

②极化的形式

l 电子式极化

Ø 定义

当物质原子里面的电子受到外电场E的作用的时候，它将相对于原子核产生位移，这就是电子式极化。此时，原子中正、负电荷的作用中心不在重合，其极化强度与正、负电荷作用中心间的距离d成正比，且随外电场的增大而增大。

Ø 特点

² 形成极化所需的时间极短，约10^-15秒，即是它在各种交变频率的电场下均能产生。

² 具有弹性，当外电场去掉后，依靠正、负电荷间的吸引力，作用中心马上重合，整体呈现非极性，所以这种极化没有损耗。

电子式极化存在与一切电介质中。

² 温度对电子式极化影响不大。

l 离子式极化

Ø 定义

离子式结构的物质，在无外电场的作用时，每个分子的正、负离子的作用中心是重合的，故不呈现极性；在外电场作用下，正、负离子发生偏移，使整个分子呈现极性，这种由离子的位移造成的极化称为离子式极化。

Ø 特点

² 离子式极化形成极化过程所需的时间也很短，约10^-13秒，与所加电压频率无关。

² 离子极化受温度的影响，温度升高，离子极化强烈。

² 离子极化也属于弹性极化，几乎无损耗。

l 转向极化（偶极子极化）

Ø 概念

偶极子是一种特殊的分子。它的正、负电荷的中心不相重合，好像分子的一端带正电荷，另一端带负电荷似的，因而形成一个永久性的偶极距。具有这种永久性偶极距的电介质称为极性电介质。

没有外电场作用的时候，单个偶极子具有极性，但各个偶极子均处于不停的热运动中，整个介质对外并不呈现极性。在电场作用下，原来杂乱分布的极性分子顺电场方向定向排列，因而呈现出极性，这种由偶极子转向造成的极化称为偶极子式极化（转向极化）。

Ø 特点

² 极化过程所需要的时间长，越10^-10秒~10^-2秒，故与所加电压的频率有关系。当所加电压变化较快的时候，偶极子的转向跟不上电场方向的变化，故极化较弱。

² 极化过程中有能量损耗。偶极子转向时要克服分子间的吸引力而消耗能量，被消耗掉的能量在偶极子复原时不可能收回。

² 温度对极化过程影响很大。对于极性气体电介质而言，温度升高，分子热运动加剧，妨碍偶极子转向，使极化减弱；对于极性固体与液体电介质而言，低温下，极化随温度升高而增加，温度再升高的时候，当热运动变得强烈的时候，极化随温度升高而减小。

l 空间电荷极化

Ø 概念

上述三种极化都是由电介质中束缚电荷的的位移或转向形成的。而空间电荷极化则是由电介质中自由离子或者电子的移动形成的。

即是介质内的正、负自由离子在电场作用下改变分布状况时，便在电极附近形成空间电荷，称为空间电荷极化。

Ø 夹层极化

由两层或者多层不同材料组成的不均匀电介质，叫做夹层电介质。

由于各层的介电常数与电导系数不同，在电场作用下，各层中的电位，最初按电容分布（介电常数分布），以后逐渐过渡到按电导系数分布（按电阻分布）。此时，在各层电介质交界面上的电荷必然移动，以适应电位的重新分布，最后在交界面上堆积起电荷。这种电荷移动和积累称为夹层介质界面极化。

夹层介质界面极化实际上是空间电荷极化的一种。

Ø 特点

² 极化过程相当缓慢，一般在10^-1秒以上，甚至数小时。

² 极化过程中有介质损耗（能量损耗）。