电介质物理与材料
高中物理竞赛讲义-电介质
电介质一、电介质（绝缘体）在外电场的作用下不易传导电流的物体叫绝缘体又叫电介质1、电介质的分类无外电场时，正负电荷等效中心不重合，叫做有极分子无外电场时，正负电荷等效中心重合，叫做无极分子2、电介质的极化对于有极分子，无外电场时，由于分子的热运动，分子的取向是杂乱无章的。
施加电场后，分子受到电场力作用排列变得规则。
在分子热运动和外电场的共同作用下，分子排列比较规则。
这种极化叫做有极分子的取向极化。
对于无极分子，无外电场时，分子内的正负电荷中心是重合的。
施加电场后，分子内的正负电荷受到电场力作用，各自的等效中心发生偏离。
这种极化叫做无极分子的位移极化。
对于有极分子，也会发生位移极化，只不过位移极化的效果远小于取向极化3、电介质极化的效果等效为电介质表面出现极化电荷（也叫束缚电荷），内部仍然为电中性。
表面的极化电荷会在电介质内产生与原电场方向相反的附加电场。
外加电场越强，附加电场也越强。
类比静电平衡中的导体0。
注意，电介质内部合场强不为0思考：附加电场的大小是否会超过外电场？答案：不会。
一般来说，物理反馈会减弱原来的变化，但不会出现反效果。
例如：勒沙特列原理（化学平衡的移动）、楞次定律（电磁感应）例1：解释：带电体能吸引轻小物体二、带电介质的平行板电容器1、带电介质对电容的影响假设电容器带电量Q 一定，电介质极化产生极化电荷，由于极化电荷会在电容内部产生附加电场E ’，会使得极板间电场E 0减小为合电场E= E 0 - E ’ ，从而使电势差U 减小，电容C 增加。
（若无特殊说明，默认为恒电量问题）假设电容器两板电势差U 一定，电介质极化产生极化电荷，由于极化电荷的感应效果，会使得极板上带电量Q 0增加为Q ，电容C 增加。
可见电介质极化使电容增大，增大的多少与极化的强弱有关。
2、介电常数介电常数ε反映了电介质极化的能力，也就反映了电容变化的程度。
真空的介电常数014kεπ= （利用这个恒等式可以将很多电学公式用ε0表示） 空气的介电常数114'4k k εππ=≈ 经常用相对介电常数εr 来表示：某物质的相对介电常数等于自身的介电常数与真空的比值（大于1）。
电介质物理知识点总结
电介质物理知识点总结电介质是一类具有不良导电性能的材料，可用于电容器、绝缘体等应用中。
电介质物理是研究介质在电场作用下的电学性能的科学。
电介质物理是电磁场理论和介质物理学的重要组成部分。
下面我们将对电介质物理的相关知识点进行总结和展开。
1. 电介质的基本性质电介质是一种不良导电性能的材料，通常包括固体、液体和气体。
电介质的主要特点是在外电场作用下会发生极化现象。
极化是指介电极化，即在电场作用下使介质内部出现正负电偶极子的排列现象，从而使介质产生极化电荷。
常见的电介质包括空气、水、玻璃、塑料等。
2. 电介质的极化过程当电介质处于外电场中时，介质内部的正负电荷将发生位移，使介质被极化。
电介质的极化过程可分为定向极化和非定向极化两种类型。
其中，定向极化是指在介质中存在有定向的分子或离子，当外电场作用下，这些分子或离子会按照一定方向排列，这种极化过程被称为定向极化；非定向极化是指介质中的分子或离子并不具有固定的方向排列，当外电场作用下，这些分子或离子将发生不规则的排列，这种极化过程被称为非定向极化。
极化过程使介质产生极化电荷，从而改变了介质的电学性能。
3. 介质极化的类型根据介质极化的不同类型，可以将极化过程分为电子极化、离子极化和取向极化。
电子极化是指在电场的作用下，介质中的电子云将出现位移，从而使整个分子或原子产生极化；离子极化是指在外电场作用下，介质中的阴离子和阳离子将发生位移，产生极化现象；取向极化是指在电场作用下，具有一定取向的分子或离子将产生极化现象。
不同类型的极化过程会影响介质的电学性能。
4. 介质极化与介电常数介质的极化现象将改变介质的电学性能，其中介电常数是一个重要的参数。
介电常数是介质在外电场作用下的电极化能力的体现，介电常数越大，介质的电极化能力越强。
介电常数的大小将影响介质的导电性、电容性等电学性能。
5. 介电损耗介质在外电场作用下会产生能量损耗，这种现象被称为介电损耗。
介电损耗会导致介质内部的吸收能量和产生热量，从而影响介质的电学性能。
电介质和导体的物理特性
电介质和导体的物理特性电介质和导体是电学的基本概念，它们是电路中最重要的两种材料。
电介质和导体各自具有独特的物理特性，它们在电路中的作用也有所不同。
本文将介绍电介质和导体的物理特性及其在电路中的应用。
一、导体导体是一种能够传递电荷的物质。
通常情况下，所有金属都是导体，但并不是所有的导体都是金属。
导体材料最主要的特点是能够将电子传递给其他原子，使其处于高电势状态。
这些高电势原子又可以将电子传递给其他原子，从而使电子在导体内自由流动。
在导体中，电子的运动是自由的，它们可以自由地从一个原子跳跃到另一个原子。
这种自由运动的结果就是导体具有极低的电阻。
因为电子在导体内自由运动，所以导体可以被用作电线和电缆等电路元件。
导体在电路中的应用非常广泛。
电路中的铜线、铝线都是典型的导体。
导体具有良好的电导性，对电路的通电和电流传输起到了重要的作用。
此外，导体还可以作为各种电器设备的连接线路，如电子元器件、家电等。
二、电介质电介质是指那些不能很好地传导电荷的物质，比如空气、玻璃等。
电介质中的电子不能自由地在其中运动，这是由于电介质中的原子束缚电子的力比较大。
当电场通过电介质时，它会把原子拉伸并使电介质中的电子向一个方向暂时借助，从而形成一个致密电荷区，这个区域称为电介质中的电荷分布。
电介质在电路中的应用也有很多，它们主要是用于电容器、绝缘材料等。
电介质本身并不能导电，但在电场的作用下会形成电荷分布，进而形成电容器。
电容器的作用是能够储存电荷，在电路中用来过滤和平滑电压和电流。
电介质也常用作绝缘材料。
绝缘材料的主要作用是隔离电路中的导体，避免电流流失和短路。
电机、变压器、电缆、电线等电器中都需要使用大量绝缘材料。
这些材料不仅需要具备很好的绝缘性能，而且还需要耐高温、耐腐蚀和机械强度等特点，以保障电器设备的正常运行。
三、导体与电介质的对比导体和电介质是两种截然不同的材料，它们在电路中的作用也大相径庭。
导体具有优良的导电性能，它们能够传递电荷并将电压和电流传输到电路中的各个位置。
电介质基本物理知识
第一章电介质基本物理知识电介质（或称绝缘介质）在电场作用下的物理现象主要有极化、电导、损耗和击穿。
在工程上所用的电介质分为气体、液体和固体三类。
目前，对这些电介质物理过程的阐述，以气体介质居多，液体和固体介质仅有一些基本理论，还有不少问题难以给出量的分析，这样就在很大程度上要依靠试验结果和工作经验来进行解释和判断。
第一节电介质的极化一、极化的含义电介质的分子结构可分为中性、弱极性和极性的，但从宏观来看都是不呈现极性的。
当把电介质放在电场中，电介质就要极化，其极化形式大体可分为两种类型：第一种类型的极化为立即瞬态过程，极化的建立及消失都以热能的形式在介质中消耗而缓慢进行，这种方式称为松弛极化。
电子和离子极化属于第一种，为完全弹性方式，其余的属于松弛极化型。
（一）电子极化电子极化存在于一切气体，液体和固体介质中，形成极化所需的时间极短，约为1015 s。
它与频率无关，受湿度影响小，具有弹性，这种极化无能量损失。
（二）原子或离子的位移极化当无电场作用时，中性分子的正、负电荷作用中心重合，将它放在电场中时，其正负电荷作用中心就分离，形成带有正负极性的偶极子。
离子式结构的电介质（如玻璃、云母等），在电场作用下，其正负离子被拉开，从而使正负电荷作用中心分离，使分子呈现极性，形成偶极子，形成正负电荷距离。
原子中的电子和原子核之间，或正离子和负离子之间，彼此都是紧密联系的。
因此在电场作用下，电子或离子所产生的位移是有限的，且随电场强度增强而增大，电场以清失，它们立即就像弹簧以样很快复原，所以通称弹性极化，其特点是无能量损耗，极化时间约为1013-s。
（三）偶极子转向极化电介质含有固有的极性分子，它们本来就是带有极性的偶极子，它的正负电荷作用中心不重合。
当无电场作用时，它们的分布是混乱的，宏观的看，电介质不呈现极性。
在电场作用下，这些偶极子顺电场方向扭转（分子间联系比较紧密的），或顺电场排列（分子间联系比较松散的）。
“第十八届全国电介质物理、材料与应用学术会议”暨“第二十届全国电子元件与材料学术大会”顺利召开
第十八届全国电介质物理材料与应用学术会议暨 第二十届全国电子元件与材料学术大会顺利召开
年月日第十八届全国电介质物理材料与应用学术会 议暨第 二十 届全 国电 子 元 件 与 材 料 学 术 大 会 在 西 安 隆 重 开 幕 中 国 工 程 院 院 士 雷 清 泉 周 济 和 科 学 院 院 士 南 策 文 以及中国电子元件行业协会秘书长古群西安交通 大 学 王 树 国 校 长陕 西 师 范 大 学 校 长党 委 副书记游旭群出席会议来自全国百余所高校科 研 院 所 以 及 企 业 千 余 名 代 表 等 参 加 了 会 议与工程学院院长 陈新兵主持
此次会议由中国物理学会电介质物理专业委 员 会 和 中 国 电 子 学 会 元 件 分 会 联 合 主 办陕 西师范大学材料科学与工程学院物理学与信息 技术学 院 和 广 东 风 华 高 科 新 型 电 子 元 器 件 关 键 材 料 与 工 艺 国 家 重 点 实 验 室 承 办 西 安 交 通 大 学 电 子 陶 瓷 与 器 件 教 育 部 重 点 实 验 室 西 北 工 业 大 学 材 料 学 院 陕 西 科 技 大 学 山 东 国 瓷 功 能 材 料 股 份 有 限 公 司 协 办
中 国 物 理 学 会 电 介 质 物 理 专 业 委 员 会 举 行 颁 奖 仪 式 仪 式 由 专 业 委 员 会 副 主 任 委 员 四 川 大 学 朱 建 国 教 授 主 持 雷 清 泉 院 士 哈 尔 滨 理 工 大 学 殷 庆 瑞 研 究 员 中 科 院 上 海 硅 酸 盐 研 究 所获本届终身成就奖周济院士清华大学罗 豪盨 研究员中 科 院 上 海 硅 酸 盐 研 究 所获 本 届杰出贡献奖易志国研究员中科院上海硅酸 盐研 究所郝 喜 红 教 授内 蒙 古 科 学 技 术 研 究 员 赵 晋 津 教 授 石 家 庄 铁 道 大 学 廖 敏 教 授 西 安 电 子 科 技 大 学 获 本 届 优 秀 青 年 奖
物理学中的电介质物理学理论
物理学中的电介质物理学理论电介质物理学理论是指在电学领域中，研究非金属材料在电场中的响应性质的学科，其研究的对象是电介质。
电介质是指在外界电场作用下，会将电能转换为其他形式的非导体材料。
电介质广泛应用于电子学、通信、电力等领域，是现代电子科技中不可或缺的一部分。
1. 电介质物理学理论的基础知识电介质在外界电场下会发生极化现象，也就是说，电介质中的电子、离子、偶极子等会产生相应的分布。
这种电荷分布会影响电介质中的电场分布，从而影响电介质物质的响应。
电介质分为线性电介质和非线性电介质，线性电介质遵循线性关系，而非线性电介质不遵循线性关系。
另外，电介质的极化可以分为自发极化和强制极化。
自发极化是指电介质中存在自发极化矢量，在无外界电场的作用下也会存在极化现象。
而强制极化是指电介质在受到外界电场的作用下，会出现新的极化矢量，这种极化是强制性的，与电介质自身性质无关。
2. 电介质的电容与介电常数对于一个电介质，其电容和介电常数是两个非常重要的参数。
电容指的是电荷与电势之间的比例关系，即电容等于电荷与电势的比值。
介电常数是电介质中电场强度与电位移密度之间的比值，介电常数越大，则电介质极化相对来说就越明显。
需要注意的是，电介质的介电常数会随着温度和频率的变化而变化。
在高温下介电常数通常会降低，而在频率高于1MHz时介电常数也会下降。
3. 非线性电介质的应用非线性电介质的特点是其电极化与电场的关系不是线性的，当电场强度超过一定阈值时，电介质中会出现非线性响应。
非线性电介质具有频率倍增与和谐倍频等非线性效应，被广泛用于激光技术、雷达通信以及图像处理等领域。
例如，二极管光谱翻转技术，通过在非线性晶体中将激光脉冲和稳态激光序列合并，可以生成高质量的超短脉冲。
4. 结语在科技不断进步的今天，电介质物理学理论正作为电子学、通信、电力等领域的重要组成部分，不断发掘和发展着。
通过系统而深入地学习电介质物理学理论，人们可以更好地理解各种电介质材料的性质，并将其应用于实际生活中的各种领域。
物理实验技术中的电介质材料性质测量方法
物理实验技术中的电介质材料性质测量方法在物理实验中，电介质材料性质的测量是非常重要的。
电介质材料是一类常见的材料，具有绝缘性能，在电路中起到隔离和储能的作用。
为了研究电介质材料的特性和性能，科研人员需要进行各种电介质材料性质的测量。
接下来，我们将介绍几种常见的电介质材料性质测量方法。
第一种测量方法是介电强度的测定。
介电强度是电介质材料能够承受的电场强度的最大值。
为了测量介电强度，一种常见的方法是使用高电压发生器和电介质材料之间建立一个带有电极的测试装置。
通过改变电极间距和施加不同的电压，可以逐渐增加电场强度，直到电介质发生击穿，记录击穿的电压和电场强度。
这样可以确定电介质的介电强度。
第二种测量方法是介电常数的测定。
介电常数是描述电介质材料相对于真空而言的电场响应能力的物理量。
测量介电常数的方法有很多种，其中一种常见的方法是使用电容测量法。
通过在电容器中放入电介质材料，测量出不同电介质材料的电容值，然后再测量空气或真空中的电容值，两者之比即为电介质材料的相对介电常数。
第三种测量方法是介质损耗角正切的测定。
介质损耗角正切是指在交流电场下，电介质材料吸收和耗散电能的能力。
为了测量介质损耗角正切，可以使用交流电桥或示波器等设备，测量电介质材料中电场的相位差以及振幅，通过计算得到介质损耗角正切的值。
第四种测量方法是漏电流的测定。
漏电流是指电介质材料在电场作用下出现的微小电流。
漏电流的测定可以通过数显电压电流表或电阻电流计等设备进行。
首先，将电介质材料放在电极之间，施加电场，然后测量到的电流即为漏电流。
通过测量和比较不同电介质材料的漏电流值，可以了解电介质材料的绝缘性能。
除了以上几种常见的电介质材料性质测量方法外，还有一些其他方法，如电介质材料的电阻率测定、极化现象的测定等。
这些方法不仅可以帮助我们了解电介质材料的特性和性能，而且在实际应用中也有广泛的用途。
例如，了解电介质材料的介电强度可以帮助我们设计和选择合适的绝缘材料以确保电路的安全性；了解电介质材料的介电常数可以帮助我们设计和优化电容器的性能等。
物理学中的介电介质性质及其应用
物理学中的介电介质性质及其应用介电介质是一种物质，它在电场中具有极化现象，即它的原子或分子在电场的作用下会发生相对位移，即形成电偶极子。
在介电介质中，这种极化现象是电荷的转移，即一个电子从一个原子或分子跃迁到另一个原子或分子。
介电常数介电常数是一个强烈关联介电介质导电性的常数。
介电常数越大，则介电介质越具有储存电荷的能力，即能够极化更多的电荷。
因此，介电介质在电场中的储存能力直接与介电常数有关。
介电常数的作用是通过根据电介质存储的电荷量与电场强度的比值计算出电容器的电容值，并直接控制其耐压性能。
介电介质的种类常见的介电介质有空气、水、木材、铸铁、玻璃等。
介电介质具有稳定的化学性质，例如它们通常不会被化学反应损坏或氧化。
此外，它们还具有高耐热和机械强度，因此适用于各种工艺生产中。
应用介电介质在电能传输和电子元器件方面被广泛应用。
在电能传输中，高介电常数介质如瓷器和玻璃纤维通常用于制造高压绝缘子，用于电线、电缆绝缘体和电容器等。
在电子元器件方面，外部电场导致介电介质中载流子位移，进而改变介质中的导电性质从而实现电子元器件的实际应用。
另外，介电介质中的电介质阻挡和滤波器组件，在精密仪器和设备中也具有非常重要的应用。
在电子设备中，为了防止电信号中的噪音干扰其他部分，可用介电阻抗保护设备。
这种保护设备包括玻璃或白色陶瓷电容器、高温鼓风机和电信的隔离器等。
总结介电介质是在电场作用下发生极化现象的物质，其性能直接与介电常数相关。
介电介质具有化学稳定、高耐热和机械强度等特性，因此广泛应用于电能传输和电子元器件中。
在电子元器件和设备中，介电介质的应用可帮助防止电信号中的噪音干扰和进行电气隔离。
电介质材料发展史
电介质材料发展史
电介质材料的发展历史可以追溯到20世纪初，其发展历程主要经历了以下
几个阶段：
1. 初始阶段：电介质材料的发展始于无机非金属材料，如云母和玻璃等。
这些材料在当时被广泛用于制造电容器和其他电子元件。
2. 高介电常数化：随着电子技术的发展，人们开始追求高介电常数化的电介质材料，以提高电容器等电子元件的储能密度。
这一阶段出现了许多具有高介电常数的陶瓷材料，如滑石、金红石和钛酸钡等。
3. 新型电介质材料：随着科技的不断进步，人们开始探索新型的电介质材料，以提高电子元件的性能和稳定性。
这一阶段出现了许多具有特殊性能的电介质材料，如弛豫铁电陶瓷和压电陶瓷等。
4. 应用拓展：随着电介质材料的不断发展和完善，其应用领域也在不断拓展。
如今，电介质材料在通信、能源、军事等领域都有广泛的应用，如高频微波通信、电力能源、雷达和卫星通信等。
总的来说，电介质材料的发展历程是一个不断创新和进步的过程，其发展前景广阔，未来仍将有更多的新型电介质材料涌现出来，为人类的科技进步做出更大的贡献。
电介质基本物理知识
第一章电介质基本物理知识电介质（或称绝缘介质）在电场作用下的物理现象主要有极化、电导、损耗和击穿。
在工程上所用的电介质分为气体、液体和固体三类。
目前，对这些电介质物理过程的阐述，以气体介质居多，液体和固体介质仅有一些基本理论，还有不少问题难以给出量的分析，这样就在很大程度上要依靠试验结果和工作经验来进行解释和判断。
第一节电介质的极化一、极化的含义电介质的分子结构可分为中性、弱极性和极性的，但从宏观来看都是不呈现极性的。
当把电介质放在电场中，电介质就要极化，其极化形式大体可分为两种类型：第一种类型的极化为立即瞬态过程，极化的建立及消失都以热能的形式在介质中消耗而缓慢进行，这种方式称为松弛极化。
电子和离子极化属于第一种，为完全弹性方式，其余的属于松弛极化型。
（一）电子极化电子极化存在于一切气体，液体和固体介质中，形成极化所需的时间极短，约为1015 s。
它与频率无关，受湿度影响小，具有弹性，这种极化无能量损失。
（二）原子或离子的位移极化当无电场作用时，中性分子的正、负电荷作用中心重合，将它放在电场中时，其正负电荷作用中心就分离，形成带有正负极性的偶极子。
离子式结构的电介质（如玻璃、云母等），在电场作用下，其正负离子被拉开，从而使正负电荷作用中心分离，使分子呈现极性，形成偶极子，形成正负电荷距离。
原子中的电子和原子核之间，或正离子和负离子之间，彼此都是紧密联系的。
因此在电场作用下，电子或离子所产生的位移是有限的，且随电场强度增强而增大，电场以清失，它们立即就像弹簧以样很快复原，所以通称弹性极化，其特点是无能量损耗，极化时间约为1013-s。
（三）偶极子转向极化电介质含有固有的极性分子，它们本来就是带有极性的偶极子，它的正负电荷作用中心不重合。
当无电场作用时，它们的分布是混乱的，宏观的看，电介质不呈现极性。
在电场作用下，这些偶极子顺电场方向扭转（分子间联系比较紧密的），或顺电场排列（分子间联系比较松散的）。
电介质物理
*有极分子的极化是由于分子偶极子在外电场
的作用下发生转向的结果
----转向极化
当电压加到两块中间是真空的平行金属板上时,板上 的电荷Q0和施加电压成正比，Q0=C0V, C0称为电容。如 果两板间放入介电材料，则在相同电压下，电荷增加了 Q1，Q0+Q1=CV，电介质引起了电容量的增加。 当电介质放入电场时，电荷不可能和导体一样传 递过去，但材料内带正负电荷的各质点受电场作用将 相互位移，形成许多电偶极矩，即极化作用，结果在 材料表面感应了异性电荷，它们束缚住板上一部分电 荷，来抵消介质中产生的电荷，故在同样条件下，增 加了电荷的容量。
固有电矩μ在外电场 E 中的势能为
u 0 Ei 0 Ei Cos
如不考虑动能，且极性分子 相互作用能与单个偶极子在 热运动平衡状态下所具有的 能量相比较很小，根据玻尔 兹曼统计，偶极子与电场的 夹角在θ和θ十dθ之间的 极性分子数dn 等于：
dn Aexp(
下面来考虑固有电矩在外电场作用下的转向，从而 求出其极化率αd，在这里的初步考虑中．将忽略固有 电矩的相互作用，实际上这只适用于稀疏情况下的气 体。 气体包含大量相同的分子，而每个分子的固有电矩 为μ。在没有外电场作用时．由于热运动．这些电偶 极子的排列是完全无规则的，因而就整个气体来看， 并不具有电矩，当加上外电场 Ei 后，每个电矩都受到 力矩的作用，趋于同外场平行，即起于有序化，另一 方面热运动使电矩无序化。可见同时存在有序化和无 序化相矛盾的两个方面。在一定的温度和一定的外场 Ei 下，两方面的作用达到暂时的互相平衡。
第六章 电介质物理
本章提要
本章主要对有关电介质的基本理论：电介 质的极化、电介质中的电荷转移、电介质的电 导、损耗及击穿特性等进行介绍，以达到对电 介质的最基本的物理性质——介电性，以及电 介质的分子结构和极化机理的了解。
大学物理：第 13 章 电介质
若点电荷 q0 处于q 的电场中，
静电能为：
把q0从P点移到无限远时 静电场力作的功，就是 “系统”的静电势能。 或：把q0从无限远移动到P点的过 程中，外力反抗静电力作的功。
* 对于点电荷体系（或连续带电体），系统的能 量可以有类似的定义： 把点电荷体系无限分离到彼此间相距无限远的 过程中静电场力作的功，叫作该系统时的静电势 能。 对连续带电体，可以把带电体看成是由无限多 电荷元组成的点电荷体系。这样，连续带电体的 静电能量的定义同上。
一、电介质的分类
1. 有极分子： 无外场时，分子等效正、负电荷中心 不重合分子固有电偶极矩。
O-H+
-q H+
+
H 2O
=
+q
2. 无极分子： 无外场时，分子等效正、负电荷中心 重合无分子பைடு நூலகம்有电偶极矩。
-
+
+
-
=
±
-
O2
二、电介质的极化
1. 无极分子的位移极化 O2
-
- +
-
- -
+
-
-
- + + - + -+ p
四、电容器储存的静电能量(带电 Q)
+q
A
B
-q
dq +
uAB
+
电容器的静电能：
1Q 1 1 2 QU CU 2 C 2 2
2
五、电场的能量，能量密度
设带电系统静电作用能量是以电场能量 的形式储存在电场中的。 以平板电容器为例：
其中：
电容器体积：V = Sd
电场的能量密度： 单位体积电场所具有的能量
电介质四个大类物理现象
电介质四个大类物理现象
电介质是一种在电场中能够发生极化现象的物质。
电介质的四个大类物理现象包括：
1. 极化现象，当电介质置于外电场中时，其分子或原子会发生极化现象，即在电场的作用下，正负电荷分离，形成电偶极矩。
这种极化现象是电介质的基本特征之一。
2. 介质击穿，当电场强度达到一定数值时，电介质会发生击穿现象，即电介质内部的电阻突然减小，导致电流急剧增大，这种现象常常伴随着放电和火花的产生。
3. 介质损耗，在交流电场中，电介质会因为分子或原子在电场中的周期性运动而产生能量损耗，这种损耗称为介质损耗。
介质损耗会导致电介质加热，并且会影响电介质的电学性能。
4. 介质弛豫，当外电场发生变化时，电介质内部的极化现象不会立即跟随电场的变化而变化，而是有一定的滞后时间。
这种现象称为介质弛豫，其时间常数取决于电介质的性质和温度等因素。
以上是电介质的四个大类物理现象，它们展现了电介质在电场中的复杂而丰富的行为。
电介质物理--电介质物理-第1章
物质的形态：凝聚态(固态、液态)、气态、等离 子态 什么叫材料? 材料科学与工程学科的内涵 材料之分类 材料科学基础：物理化学、晶体学、材料物理 (金属物理、半导体物理、电介质物 理、…)、……
物质按输运特性分类
载流子长程运动与位移—传导、宏观电流
绝缘体 （无载流子长程运动与位移）：大部分非金属 单质与化合物
参考书
殷之文，电介质物理学(第二版)，科学出版社，北京， 2003。
钟维烈，铁电体物理学，科学出版社，北京，1996。 L.L. Hench, J.K. West, Principles of Electronic Ceramics,
John Wiley & Sons, New York, 1990.
绝缘体强调没有电荷之长程运动,电介质强调电荷之短程运动 绝缘体肯定是电介质并构成电介质之主体、然电介质不局限于绝缘体。
电介质材料的分类
P or D
P or D
P or D
Antiferroelectric hysteresis
E
电介质材料的主要应用
应用领域：
电子、通讯、计算机、家电、军事、交通、……
第5章 铁电原理 (8)
铁电体的结构、铁电体的对称性、对称性和物理性能的关系、畴结构与缺陷、结构 相变和软模、Landau唯象理论和涨落、结构相变与有序-无序
第6章 电介质材料最新进展 (6)
微波介质陶瓷、弛豫铁电材料、多铁性材料、 ……
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Phase control in ferroics and multiferroics
《静电场中的电介质》课件
电介质的极化机制可以分为电子式极化、离子式极化和取向式极化三种。电子式极化是由于电介质中的电子受到 电场作用而产生的位移；离子式极化是由于电介质中的离子受到电场作用而产生的位移；取向式极化是由于电介 质中的分子或分子的取向受到电场作用而产生的改变。
02 静电场中的电介质
电介质在静电场中的表现
压电材料的研究涉及晶体、陶瓷、复合材料等多个领域，研究者通过优化材料成分、结 构及制备工艺，提高压电材料的性能，如压电常数、机电耦合系数等，以拓展其应用范
围。
新型电介质材料的研究
总结词
新型电介质材料在能源、环保、医疗等领域 具有广阔的应用前景。
详细描述
随着科技的发展，新型电介质材料不断涌现 ，如铁电材料、弛豫铁电体、多铁性材料等 。这些材料在储能、传感、信息处理等方面 展现出独特的优势，为相关领域的技术创新
VS
详细描述
压电材料中的电介质在受到外力作用时， 会发生形变导致分子间的电荷重新分布， 产生电压。这种现象称为压电效应。利用 压电效应可以制作传感器和换能器等器件 ，广泛应用于声学、电子学和物理学等领 域。
05 电介质在静电场中的研究进展
高介电常数材料的研究
总结词
高介电常数材料在静电场中表现出优异的电 学性能，是当前研究的热点之一。
电介质的极化机制包括电子极化、离子极化和取向极化等，这些机制在不同频率和 强度的电场中表现不同。
电介质的极化状态会影响其在静电场中的行为，如介电常数和电导率等，这些性质 在电子设备和电磁波传播等领域有重要应用。
电介质极化对电场的影响
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电介质的极化状态会改变静电场的分布，因为电介质的存在会 导致电场畸变。
02
电介质在静电场中的行为可以用Maxwell方程组描述，通过求
4.2 电介质的损耗(材料物理性能)
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B.极化损耗复介电常数含义：
低频或者静态:εr’取ε(0)， ε(0)代表静态相对介电常数；
频率ω→∞: εr’ →ε∞ ，ε∞代表光频相对介电常数 C.ε(0) 和ε∞
r r 1 cr 1 0r 1 1 i r' i r"
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E.德拜表达式的意义
研究了电介质的介电常数ε、反映介电损耗的εr、所加电场的角频率 及松弛时间的关系。
(0)
r´ r´´
0.1 1 10
=1， r´´最大，大于或小于1 时，r´´都小， 即：松弛时间和所加电场的频率相比，较大时，偶极子来不及转移定向， r´´就小；松弛时间比所加电场的频率还要迅速，r´´也小。
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低频极化
只当频率为零或频率 很低（例如1千赫）时, 三种微观过程都参与 作用，这时的介电常 数ε(0)对于一定的电介 质而言是个常数，通 称为介电常数，这也 就是静电介电常数εs 或低频介电常数。
极 化 率 或
电子极化 离子极化 松弛极化 空间电荷 极化
工频 声频
无线电 红外
紫外
极化率和介电常数与频率的关系
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5）其他 按照介质成分均匀度进行分类： 均匀电介质 ( 如聚苯乙烯 ) 非均匀电介质 ( 如电容器纸—聚苯乙烯薄膜复合介质 )。 还有别的分类： 块状介质 膜状介质。
分类研究电介质，有利于将其性能研究统一在物质共同 属性基础之上，便于总结出介电性能与材料组成、结构 之间相互关联的规律。
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4）按分子电极性分类 工程应用上常常按照电荷在介质空间分布进行分类。 非极性电介质： 无外电场作用时，介质的正、负电荷中心重合。 如聚四氟乙烯薄膜、变压器油等。 聚四氟乙烯的分子结构：
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极性介质： 由正、负电荷中心不重合的极性分子组成。 如电容器纸的主要成分—纤维素及聚氯乙烯薄膜等。
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具有上述极化能力的物质就是电介质。 1）静电场中，电介质内部能够存在电场； 2）电介质内部束缚电荷 这种物理现象和过程与金属有明显的区别：
在静电平衡态，金属导体内部，不存在自由电荷，其内部电 场是等于零的。或者说，金属导体内不存在束缚电荷。
这一事实，已在静电学中应整用理高ppt 斯定理得到了证明。
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需要明确的两个概念
电介质
电力线能穿过的物质，也就是能存在较强电场， 且具有明显极化特性的材料。
存在束缚电荷。
电介质内部的束缚电荷来源和特点
束缚于电介质内的正原子实和其它负电子。 束缚电荷不可以自由运动，只能做局域位移。
这些特点与电介质的原子结构、电子结构、晶体 结构有关。（客观存在，与是否有电磁作用无关）
工程上应用的电介质与理想的电介质不同，主要区别是：
实际电介质在电场作用下存在漏电流和电能的耗散，甚至在 强电场下，实际电介质还可能被破坏。
因此，除了要研究电极化外，还要研究电介质的电导、损耗、 击穿等特性。这些就是电介质物理需要研究的主要问题。
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2. 电介质的分类
电介质种类繁多，组成物质结构亦千差万别。
利用电介质物理学研究生物体的性能是这门学科的一个特点。
由于绝大多数生物体不属于固态电介质，在驻极体物理研究 领域，对这类介质有专门研究。 电介质物理内容中一般都不做介绍。
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1.2 电介质物理研究特点
电介质物理主要研究介质内部束缚电荷行为特征和移动机制。 1）在场（电、光、磁、应变场）作用下，电介质发生电极化， 电介质物理研究特点之一是：首先描述介质极化过程和机制， 其次，阐明极化规律，即电极化与电介质结构的关系。
2）电介质物理也研究绝缘材料的电导或漏导、电击穿过程， 指导电绝缘材料设计（强电技术）。
绝缘材料： 电阻率一般都很高，是典型的电介质材料。 宽禁带半导体： 电阻率不很高，不属于绝缘材料。在电场下可以发生极化， 也归入到电介质材料体系。例如，III-V 族和 II-VI 族半导体， 共价键-离子键混合结构，表整理现pp出t 电极化和弛豫特征。 12
大多数生物体 —— 驻极体： 荷电长期驻留与生物体内，荷电分布对电场（包括对交变电 场及电磁场）有强烈的介电响应，也被纳入到电介质的研究 范围。
3）金属也具有类介电效果，但意义完全不同。
金属的类介电性来源于电子气运动中感生出虚空穴（正电荷）， 引起动态屏蔽效应。
但是，金属内不涉及束缚电荷，不能把金属的介电性列入电介
质物理研究的范畴。
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1.3 电介质的电子结构特征与电响应特征 1）电子结构特征
用固体能带理论，可将电介质定义为这样一种物质： 电介质能级图中，基态被占满，基态与第一激发态之间被很宽的禁 带隔开，电子激发到导带必须足够的能量，这个能量大到可使电介 质遭到破坏，见示意图。
电介质物理与电介质材料
第一章 电介质概念、分类、研究内容 1.电介质基本概念 2.电介质材料的分类 3.电介质材料的研究对象和频域范围 4.电介质材料的研究内容 5.电介质的性质
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1．基本概念
1.1 电介质 ( dielectric ) 一切绝缘体统称为电介质。电介质的基本属性： 在外电场作用下，电介质内部原子分子发生位移运动，称之 极化，这种极化能在电介质内部长期存在，相应地，极化可 以形成电场,并且这种电场反过来可以影响外电场。
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3. 电介质材料的研究对象和频域范围
（1）材料对象及特点 固态电介质，包括晶态电介质和非晶态电介质两大类。 例如，玻璃、陶瓷、树脂、高分子聚合物等，这些材料是 良好的绝缘材料。在电场作用下，这类固态电介质产生不 等于零的电偶极矩，形成束缚电荷，这种现象就是电极化。 这些能产生电极化的材料也就是电介质材料。例如：
将电介质的能带结构和半 导体、导体的能带结构相 比较，可以看出，他们有 明显的区别。
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2）电响应特征
电介质对电场的响应特性不同于金属导体。 金属的特点是电子共有化，体内有自由载流子，这就决定了 金属具有良好的导电性。它们以传导方式传递电作用。
电介质中，一股只存在束缚电荷。在电场的作用下，电荷不 能以传导方式而只能以感应的方式作用，即以其中正、负电 荷受电场驱使形成正、负电荷中心不相重合的电极化方式来 传递和记录电场的影响。
可以从不同角度对电介质进行分类。
1）按材料类
可将电介质分为：无机电介质和有机电介质两大类。
无机电介质：云母、玻璃、陶瓷等一类的无机材料。
有机电介质：矿物油、可将电介质分为： 气体介质(如空气) 液体介质(如电容器油)
固体介质
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3）按组成物质原子排列的有序化程度分类 晶体电介质 ：石英晶体、陶瓷晶体等 非晶态电介质：玻璃、塑科、一些非晶陶瓷等 前者表现为长程有序，而后者只表现为短程有序。
不同电介质电极化机制不同，但他们响应电场的作用是共同 的——电极化方式。
因此，研究电介质在电场作用下发生极化的物理过程并导出
相应的极化规律，是电介质物理的一个重要课题。
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综上所述，电介质体内没有自由电荷，有良好的绝缘性能。
在工程应用上，通常需要将电路中具有不同电位的导体彼此 隔开，要使用电介质材料，利用的就是电介质的绝缘特性， 从这个意义上讲，电介质又可称为绝缘材料 ( Insulating material ) 或绝缘体 ( Insulator)。