电介质材料及其介电性能思维导图
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第2章 介电材料
四、反铁电体 反铁电体是一些离子晶体，它的相邻行或列上的 离子沿反平行的方向自发极化，最简单的如图2－ 7(a)所示。图2－7(b)则表示离子沿对角线反平行位 移的一般情形。
图2－7 反铁电体的位移和结构示意图 （a）二维反铁电体晶格结构；（b）离子沿对角线反平行位移
最初发现具有反铁电性的晶体为三氧化钨，当温 度高于1010K时，它处于反铁电相。X射线衍射实 验表明，钨离子沿反平行方向位移。 后来发现锆酸铅也具有反铁电相。对锆酸铅反铁 电体的研究较多。锆酸铅室温下的介电常数ε约为 100，可是在230℃时，介电常数出现尖锐峰值； 当温度高于230℃时，遵从居里—外斯定律。 铁电材料的研究目前主要是改进原有品种和开发 新品种。利用离子位移和铁电性的关系，根据极 性空间群的各种晶体参数，可预测新的铁电体。 铁电材料主要用于压电、电光等材料。
4 3 e 0 R 3
图2－3 离子位移极化的简化模型
离子极化率：离子在电场作用下偏移平衡位臵的 移动，相当于形成一个感应偶极距。也可理解为 离子晶体在电场作用下离子间的键合被拉长。图2 －3所示是离子位移极化的简化模型。根据经典弹 性振动理论可以估计出离子位移极化率αa
a a 40 n 1
分子极化率一般由电子极化率αe、原子（离子） 极化率αa和取向极化率α0三部分构成：
e a 0
图2－2 电子轨道位移
电子极化率：在外电场作用下，原子外围的电子 轨道相对于原子核发生位移（如图2－2所示）， 原子中的正负电荷重心产生相对位移，这种极化 称为电子位移极化。 根据玻尔原子模型，经典理论可以计算出电子的 平均极化率αe。
2.2 铁电材料
一、铁电体的定义 铁电体指在某温度范围内具有自发极化且极化强 度可以因外电场而反向的晶体。铁电体的一个特 点是具有电滞回线（见图2－5）。
第五章材料的介电性能,
材料 刚玉 云母晶体 氧化铝陶瓷 食盐晶体 LiF晶体 聚苯乙烯 高抗冲聚苯乙烯 聚苯醚 聚碳酸酯 9（6.5）[60(106)] 5.4~6.2 9.5~11.2 6.12 9.27 2.45~3.10（60） 2.45~4.75（60） 2.58（60） 2.97~3.71（60）
聚乙烯泡沫塑料
整理得：
5.1.4 影响介电常数的因素
• 介电类型 • 温度系数
• 介电常数与温度呈强的非线性关系，用温度系数描述温度特征难度大 • 介电常数与温度呈线性关系，可以用温度系数描述介电常数与温度的 关系
5.2 交变电场中的电介质
• 5.2.1 复介电常数
在变动的电场下，静态介电常数不再适用，而出现动态介电常数——复介电常数
第五章 材料的介电性能
5.1 介质极化和静态介电常数
5.2 交变电场中的电介质
• 在外电场作用下，材料发生两种响应，一种是电传导，另一种是 电感应。与导电材料相伴而生，主要应用于材料介电性能的这一 类材料总称为电介质（材料）。 • 表征材料的介电性能的基本参数：介电系数、介电损耗、电导率 和击穿强度。
一切陶瓷
离子结构 离子不紧 密的材料 高价金属 氧化物 有机
空间电荷 极化
结构不均 匀的材料
直流—— 光频 直流—— 红外 直流—— 超高频 直流—— 超高频 直流—— 超高频 直流—— 高频
无关
温度升高极 化增强 随温度变化 有极大值 随温度变化 有极大值 随温度变化 有极大值
无
很弱 有 有 有
随温度升高 而减小
在气体、液体和理想的完整晶体中，经常存在的微观极化机制是电子位移极化、离子位移极 化和固有电矩的取向极化
在非晶体固体、聚合物高分子、陶瓷以及不完整的晶体中，还会存在其他复杂的微观极化机制。 松弛极化、空间电荷极化和自发极化
第四章-1 电介质材料 (基础知识)
6）自发式极化
某些晶体具有特殊的结构，其晶胞自身的正负电荷重心不重合，即晶胞具有极性。
由于晶体结构的周期性和重复性，当某一晶胞在某一方向出现偶极矩时，将逐
级影响到相邻的晶胞，使它们的固有偶极矩朝向相同的方向。由于这种局部极
化状态是在外电场为零时自发建立的，称为自发极化。
电畴
具有相同极化方向的自发极化区域，称为电畴。没有外电场时，电畴空间取向平
U
S d
Q'
r - 1 0 E
P n 0Ee
εr
Q0 Q ' Q' 1 Q0 Q0
Q0 U
n 0Ee r 1 0E
提高电介质的介电常数：
提高单位体积内的极化粒子数n0； 选取极化率 大的粒子组成电介质； 增强作用于极化粒子上的有效电场Ee。
电子位移极化率与温度无关：温度的高低不足以改变原子或离子的半径。
电子位移极化建立的时间很短，约在10-14 ~ 10-16 s范围；如果所加电场为交变
电场，即使电场频率高达光频，电子位移极化也来得及响应。
电子位移极化存在于一切介质中。
实验测量得到的 α e 值并不严格等于
3 40 r 3 ，不同原子和离子 αe / 40 r
D D0 cost
介质的位移电流密度：
j
dD -D0 sin t D0 cos( t ) dt 2
单位时间内单位体积消耗的能量：
W 2
2
0
j Edt D0 E0 2
2
2
sint cos tdt
0
0
交变电场频率很低时，介质中没有极化损耗。
第三章 材料的介电性能--内含精选动图详述
A、电容材料
提高击穿电压措施
1、加强冷却，提高热击穿电压； 2、 改善环境条件，防止高温，避免潮气﹑臭 氧等有害物质的侵蚀。
A、电容材料
II、传感器
C s
ε：介质介电常数 s ：极板面积 δ ：极板间距离
s
δ
ε
上式中，哪几个参量是变量？ 可以有几种传感器？
A、电容材料
II、传感器
变极距型(变间距型)电容传感器
B、压电材料----纳米发电机
1961年王中林出生于陕西省 蒲城县高阳镇，王中林的初 中和高中就是在这种大背景 下度过的，三分之一的时间 都在田里泡着，毕业于尧山 中学。
纳米发电机创始人 （王中林）
进入大学校门的第一天，他 就暗暗给自己定下一条标准， 本科每门课程不能低于90分。
B、压电材料----纳米发电机
2、介电材料在其它环境中的极化
应变场中的极化------压电效应
在完全黑暗的环境中， 将一块干燥的冰糖用榔 头敲碎，可以看到冰糖 在破碎的一瞬间，发出 暗淡的蓝色闪光，这是 强电场放电所产生的闪 光，产生闪光的机理是 晶体的压电效应
2、介电材料在其它环境中的极化 应变场中的极化------压电效应
压电效应：某些电介质，当沿着一定方向对其施力而使它变形 时，内部就产生极化现象，同时在它的一定表面上产生电荷， 当外力去掉后，又重新恢复不带电状态的现象。当作用力方向 改变时，电荷极性也随着改变。
F
＋＋＋＋＋＋ －－－－－－
F
2、介电材料在其它环境中的极化
应变场中的极化------压电效应
逆压电效应：当在电介质的极化方向施加电场，这些电 介质就在一定方向上产生机械变形或机械压力，当外加 电场撤去时，这些变形或应力也随之消失的现象。
聚合物的结构与介电性能
电子极化
极
化
原子极化
类
取向极化
型
界面极化
聚合物及多组分聚合物的结构与介电性能
电子极化
价电子云 相对原子 核的位移
极化过程：10-15~10-13s
聚合物及多组分聚合物的结构与介电性能
原子极化
分子骨架在 外电场下发 生变形
极化过程一般 10-13s
聚合物及多组分聚合物的结构与介电性能
取向极化
极性分子 延外场方 向排列
• 玻璃态：链段运动被冻结，结构单元上的极性基团取向受链 段牵制，取向能力低，对介电常数影响小
• 高弹态：链段活动能力大，极性基团取向受链段牵制较小， 对介电常数影响大。高弹态下，介电常数、损耗角大于玻璃 态
介电常数 聚氯乙烯
聚酰胺
玻璃态 3.5 4.0
高弹态 15 5.0
2.频率与温度
εs
ε’
ε”
氟原子具有较强的电负性, 可以降低高 分子的电子和离子的极化率, 达到降低 高分子介电常数的目的。同时, 氟原子 的引入降低了高分子链的规整性, 使得 高分子链的堆砌更加不规则, 分子间空 隙增大而降低介电常数。含氟聚酰亚胺 材料的介电常数为2.3 ～ 2 .8.
赵春宝,绝缘材料，2010：33
降低聚合物材料介电常数的方法
不同BaTiO3含量对BaTiO3-Epoxy 复合材料 的电导率随频率的变化
介电损耗分析
★随着BaTiO3含量 ，介电损耗 但是在体积含量低30 vol% 时， 介电损耗小
★随着频率 ,介电损耗
➢ 填充量过高，会使填料分散不 均匀，增加其界面极化，因此 介电损耗增加。
不同BaTiO3 含量对BaTiO3-Epoxy 复合材料的 介电损耗的影响
电介质材料PPT课件
由于一切电介质材料均由分子、原子或离子组成的。
而它们又都是由原子核及核外电子云组成。当外加电场
时，电子云相对于原子核发生位移，因为产生感应电矩。
最简单的模型是图（a)所示的氢原子的电子极化。无外
电场时，正、负电荷重心重合；当施加电场后，电子云
与核产生相对位移。电子极化的频率响应极快，外加电
场后经
即能1产0生14 极1化01。5s
1、探针法
金刚石探针沿膜表面移动， 触针 而探针在垂直方向上的位移通
过电信号可以被放大1 0 1 6 倍并
被记录下来。从膜的边缘可以 直接通过探针针尖所检测的阶 梯高度确定膜的厚度。
薄膜 基片
优点：简单，测量直观； 缺点：（1）容易划伤较软的薄膜并引起测量误差；
（2）对于表面粗糙的薄膜，并测量误差较大。
第一章 简 介
电介质材料是指电阻率大于1010cm 的材料，是相对于金属材料和半导体材料 而区分的。
金属材料 ：共有化电子 半导体材料：载流子 电介质材料：束缚电荷
一、电介质材料的分类及应用
电介质材料的分类
绝缘材料：电阻率很高，能承受很强的电场，不 易被击穿。主要是高分子电介质和无碱玻璃。
电容器材料：主要是陶瓷材料，包括两种，一种 是具有严格温度系数的高频稳定型陶瓷，一种是 介电系数特别大的铁电陶瓷。
（2）离子极化 由异号离子组成的晶体，如Nacl，在外电场作
用下，正、负离子均发生位移，见图（b），以一 维排列的正、负离子原来间隔均等，加了外电场后， 正、负离子的相对距离发生变化，产生了偶极矩。 离子极化的频率响应速度比电子极化略慢，约 为 1012 1。013s
（3）偶极极化 有些电介质分子是由极性较强的离子键构成的，
大学物理第七章静电场思维导图
绝缘体在静电场中表现特性
电荷保持
绝缘体不易导电，因此在静电场中，绝缘体上的电荷 难以移动或消失，能够长时间保持电荷。
极化现象
在静电场作用下，绝缘体中的正负电荷中心会发生相 对位移，形成电偶极子，从而产生极化现象。
介电常数
绝缘体的介电常数反映了其在静电场中的极化程度。 介电常数越大，绝缘体的极化能力越强。
导体和绝缘体之间相互作用
静电感应现象
当导体靠近绝缘体时，由于静电感应作用，导体会在靠近绝缘体的一侧感应出异号电荷，而绝缘体也会因为 极化作用在靠近导体的一侧出现束缚电荷。
电荷转移
在特定条件下，如导体与绝缘体接触或存在电位差时，可能会发生电荷转移现象。例如，在雷电天气中，云 层中的电荷可能会通过空气中的绝缘体（如水滴）转移到地面上的导体上。
电荷与电场关系
电荷
带正负电的粒子，是电场的源。
电场
电荷周围存在的一种特殊物质， 对放入其中的电荷有力的作用。
电荷与电场关系
电荷产生电场，电场对电荷有 力的作用。
电场强度与电势差
电场强度
描述电场的力的性质的物理量，表示电场的强弱和方向。
电势差
描述电场的能的性质的物理量，表示两点间电势的差值。
关系
电场强度与电势差密切相关，电场强度的方向是电势降低最快的 方向。
静电场中的导体和绝缘体
导体
内部存在自由电荷，能够导电的 物体。在静电场中，导体内部电 场为零，电荷分布在导体表面。
绝缘体
内部几乎没有自由电荷，不能导 电的物体。在静电场中，绝缘体 内部和表面都可能存在电荷。
静电感应
当导体靠近带电体时，由于静电 感应作用，导体内部电荷重新分 布，使得导体两端出现等量异号 电荷的现象。
电介质及其介电特性电导ppt课件
绝缘(常压)
导体(极高压力)
电介质理论及其应用
6
概述——共性问题
p 电子(空穴)载流子是通过热激发、光激发、电极注 入等方式产生。从能带理论来看，电介质的禁带宽度较 大，常温下热激发载流子很少，在光照或强场电极注入 的情况下才有明显的电子电导。
p 弱电场作用下，固体和液体电介质中的载流子主要是 离子，离子的来源可能是组成介质的分子离解或是杂质 的离解，前者为本征离子后者为杂质离子。
p 参与介质导电的载流子并非介质中的全部离子，而是 与主体结构联系较弱或易于迁移的部分活化离子。这些 活化离子的产生和在电场作用下的定向迁移都与质点的 热运动有关，所以也有“热离子电导”之称。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
电介质理论及其应用
7
离子晶体的离子电导
2.离子晶体的离子电导
口 离子晶体是正负离子以离子键相结合，并有周期性。 口 离子晶体中绝大部分离子都处于晶格点阵的格点上作热
1- 电工瓷 2-高频瓷 3-超高频瓷 4-刚玉瓷
电介质理论及其应用
22
液体介质的离子电导 (1)离子的来源
非离子性介质的离子电导
➢根据液体介质中的离子来源，液体介质离子电导可分为本 征离子电导和杂质离子电导。
➢本征离子电导是介质本身的基本分子热离解而产生的离子 所形成，在强极性液体介质中(如有机酸、醇、酯类等) 才明显存在。
弗兰凯尔(Frenkel)缺陷：
p 离子晶体中如含有半径较小的离 子，由于热激发这些离子有可能从晶 格点位置跃迁到点阵间形成填隙离子， 同时在点阵上产生一个空位。这种填 隙离子和离子空位，同时成对产生的 缺陷。
电介质理论及其应用
9
离子晶体的离子电导
肖特基(Shottky)缺陷：
材料的介电性能 ppt课件
在物理阻碍：晶界，相界， 自由表面，缺陷等处，自由电 荷积聚就可形成空间电荷极化。 在夹层、气泡处形成的称为界 面极化。
材料的介电性能
特点： ➢反应时间很长，几秒到数十分钟； ➢随温度升高而减弱； ➢存在于结构不均匀的陶瓷电介质中； ➢非弹性极化；
小结：
（1）总的极化强度是上述各种机制作用的总和。
电解质的分类：极性分子电解质和非极性分子电解 质----分子的正负电荷统计重心是否重合，是否有点 偶极子？
电介质在外电场作用下，无极性分子的正负电荷重 心重合将产生分离，产生电偶极矩。
Q：所含电量； l：正负电荷重心距离
据分子的电结构，电介质可分为：
极性分子电介质：H2O;CO（有）
非极性分子电介质：CH4;He 电极化强度（P） ：电解质极化程度的量度 （C/m2）.
离子驰豫极化：
弱联系离子：在玻璃状态的物质、结构松散 的离子晶体、晶体中的杂质或缺陷区域，离子自 身能量较高，易于活化迁移，这些离子称为弱联 系离子。由弱联系离子在电场和热作用下建立的 极化为离子弛豫极化。
不可逆；反应时间为 10-5－10-2S；随温度 变化有极大值。
a T
q2 2
12 k T
Ta极化率 ；q为离子荷电量； δ为弱离子电场作用下的迁移；
P=Σμ/ΔV
Σμ：电介质中所有电偶极矩的矢量和 ΔV： Σμ所有电偶极矩所在空间的体积
材料的介电性能
材料的介电性能
• 位移极化，由电子或离子位移 产生电偶极矩而产生的极化。分 为电子位移极化和离子位移极化 。
（1）电子位移极化
材料在外电场的作用下，分子或原子中的正负电
荷产生相对位移，中性分就变成偶极子。
（4）转向极化
存在固有偶极矩，无外电场时，混乱排列，使总极矩 =0，有外电场作用时，偶极转向，成定向排列，从而 产生介质极化。
材料的介电性能
特点： ➢反应时间很长，几秒到数十分钟； ➢随温度升高而减弱； ➢存在于结构不均匀的陶瓷电介质中； ➢非弹性极化；
小结：
（1）总的极化强度是上述各种机制作用的总和。
电解质的分类：极性分子电解质和非极性分子电解 质----分子的正负电荷统计重心是否重合，是否有点 偶极子？
电介质在外电场作用下，无极性分子的正负电荷重 心重合将产生分离，产生电偶极矩。
Q：所含电量； l：正负电荷重心距离
据分子的电结构，电介质可分为：
极性分子电介质：H2O;CO（有）
非极性分子电介质：CH4;He 电极化强度（P） ：电解质极化程度的量度 （C/m2）.
离子驰豫极化：
弱联系离子：在玻璃状态的物质、结构松散 的离子晶体、晶体中的杂质或缺陷区域，离子自 身能量较高，易于活化迁移，这些离子称为弱联 系离子。由弱联系离子在电场和热作用下建立的 极化为离子弛豫极化。
不可逆；反应时间为 10-5－10-2S；随温度 变化有极大值。
a T
q2 2
12 k T
Ta极化率 ；q为离子荷电量； δ为弱离子电场作用下的迁移；
P=Σμ/ΔV
Σμ：电介质中所有电偶极矩的矢量和 ΔV： Σμ所有电偶极矩所在空间的体积
材料的介电性能
材料的介电性能
• 位移极化，由电子或离子位移 产生电偶极矩而产生的极化。分 为电子位移极化和离子位移极化 。
（1）电子位移极化
材料在外电场的作用下，分子或原子中的正负电
荷产生相对位移，中性分就变成偶极子。
（4）转向极化
存在固有偶极矩，无外电场时，混乱排列，使总极矩 =0，有外电场作用时，偶极转向，成定向排列，从而 产生介质极化。
介电性能1
位移极化引起的瞬间电流 松弛极化引起的松弛电流，是松弛极化过 程引起的松弛电流，因为松弛极化过程需 要一定时间，因此电流在这一段时间内一 面减少，一面继续流。像水被沙子吸入那 样，电流被绝缘体材料吸入。因此也称为 吸收电流。是介质在交变电压作用下引起 介质损耗的重要来源。 由于实际电介质并非理想介质，其电导率 不等于零，因此介质中还存在传导电流 （漏电），使介质产生电导损耗。
• 占整体成分的65%以上，其余为玻璃相。
n0 Eloc =ε0 (εr-1)E0 • 金红石瓷：主晶相：TiO2(金红石结构) • 由于存在大的晶场，产生的附加电场和外加电 场方向一致，大大增加了电子极化强度。 • 极化机理属于电子极化。 • 相对介电常数εr（室温） 86～170 • 称为高介电常数的离子晶体。 • 许多高介电常数的陶瓷中含有TiO2
• 松弛极化
（1）偶极子转向极化
（2）热离子弛豫极化
（3）空间电荷极化
松弛极化的极化率和温度成反比 松弛极化的极化率比电子和离子位移极化率 要大一个数量级以上。 松弛极化所需时间较长，约10-10～ 10-2s。空 间电荷极化甚至要数小时。 极化是非弹性的，在极化过程中要消耗一定 能量。
• 应用背景：
• 现代电子电路均可以 分解为四大组成元素： 电阻器、电容器、电 感器、PN结（二极 管和三极管）。
•在这四大元素中，电脑用户最为关注、讨论最多的就 是电容器（Capacitor）。各大电脑硬件论坛中，关于 电容器的讨论数不胜数，各类观点也是层出不穷。
• 电介质的主要应用性 能有哪些？
第五章 电介质的介电性能
1。1概论 什么是电介质？典型的电介质就是绝缘体。 电介质就是指在电场作用下能建立极化的物质。 在电介质中起主要作用的是束缚着的电荷，在电场的 作用下，它们以正，负电荷中心不重合的电极化方式 传递和记录电的影响。 也即，它们以感应而并非以传导的方式传递电的作用 和影响。--理解电介质和导电材料的区别 它的应用背景是什么？
• 占整体成分的65%以上，其余为玻璃相。
n0 Eloc =ε0 (εr-1)E0 • 金红石瓷：主晶相：TiO2(金红石结构) • 由于存在大的晶场，产生的附加电场和外加电 场方向一致，大大增加了电子极化强度。 • 极化机理属于电子极化。 • 相对介电常数εr（室温） 86～170 • 称为高介电常数的离子晶体。 • 许多高介电常数的陶瓷中含有TiO2
• 松弛极化
（1）偶极子转向极化
（2）热离子弛豫极化
（3）空间电荷极化
松弛极化的极化率和温度成反比 松弛极化的极化率比电子和离子位移极化率 要大一个数量级以上。 松弛极化所需时间较长，约10-10～ 10-2s。空 间电荷极化甚至要数小时。 极化是非弹性的，在极化过程中要消耗一定 能量。
• 应用背景：
• 现代电子电路均可以 分解为四大组成元素： 电阻器、电容器、电 感器、PN结（二极 管和三极管）。
•在这四大元素中，电脑用户最为关注、讨论最多的就 是电容器（Capacitor）。各大电脑硬件论坛中，关于 电容器的讨论数不胜数，各类观点也是层出不穷。
• 电介质的主要应用性 能有哪些？
第五章 电介质的介电性能
1。1概论 什么是电介质？典型的电介质就是绝缘体。 电介质就是指在电场作用下能建立极化的物质。 在电介质中起主要作用的是束缚着的电荷，在电场的 作用下，它们以正，负电荷中心不重合的电极化方式 传递和记录电的影响。 也即，它们以感应而并非以传导的方式传递电的作用 和影响。--理解电介质和导电材料的区别 它的应用背景是什么？
9-7电介质
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
E线
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
D线
19
电场线起于正电荷、止于 负电荷，包括自由电荷和 极化电荷。
电位移线起于正的自由电 荷，止于负的自由电荷。
电极化强度矢量线起于正的 极化电荷，止于负的极化电 荷。只在电介质内部出现。
+
+
+
E'
E
E0
E
0
e0
–' +’
实验表明，对于各向同性的电介质，极化强度P
与两作者用方于向电相介同，质可内以部表的示实际为电场P
E
成正比 ，并且
ee 0 E
式中e是电介质的极化率。引入电介质的
相对电容率，定义为 e r = 1+e
13
联立 e r = 1+e
P
E dS
1
S
e0
i
qi
而现在电场中有电介质，高斯面内可能同时包含
自由电荷和极化电荷这两种电荷，高斯定理应表
示为
1
E dS
S
e0
i
(q0i qi)
束缚电荷
自由电荷
P dS q
S
S
第五章 材料的介电性能
电场作用下离子间的键合被拉长，例如碱卤化物晶体就是
如此。图5.2所示是位移极化的简化模型。
图5.2 离子极化示意图
• 离子位移极化主要存在于具有离子晶体中，如云母、陶瓷 材料等，它具有如下特点：
• （1）形成极化所需的时间极短，约10-13s，故一般可以
认为与频率无关； • （2）属弹性极化，几乎没有能量损耗； • （3）温度升高时离子间的结合力降低，使极化程度增加 ，但离子的密度随温度升高而减小，使极化程度降低，通
•
取向极化的机理可以应用于离子晶体介质中 ，带有正、负电荷的成对的晶格缺陷所组成的离 子晶体中“偶极子”，在外电场作用下也可发生 取向极化。
• 固有电矩的取向极化具有如下特点： • （1）极化是非弹性的； • （2）形成极化需要的时间较长，为10-10～10-2s，故 其与频率有较大关系，频率很高时，偶极子来不及转动，
因而其减小；
• （3）温度对极性介质的有很大影响，温度高时，分子热 运动剧烈，妨碍它们沿电场方向取向，使极化减弱，故极 性气体介质常具有负的温度系数，但对极性液体、固体的 在低温下先随温度的升高而增加，当热运动变得较强烈时 ，又随温度的上升而减小。
（4）击穿—指在强电场下可能导致电介质的破坏。
四个基本特性各有其基本理论。
电介质理论包括： （1）电极化响应理论 （2）电介质中电荷转移、电导和电击穿理论 （3）唯象理论：（用电介质的特征函数描述）从物理学
的角度论述与介电有关的各种效应，建立统一的唯象理论
—热力学唯象理论（建立各种宏观物理量之间的关系） （4）微观理论：主要介绍晶格振动和声子统计方面的知 识。 （5）铁电理论：在下一章中讲。
介电材料和绝缘材料是电子和电气工程中不 可缺少的功能材料，在工程应用中，常在需要将 电路中具有不同电位的导体彼此隔开的地方使用 ，就是利用介质的绝缘特性，也就是应用材料的 介电性能。这一类材料总称为电介质。 比较常见的介电材料是电容器介质材料、压 电材料等。绝缘材料和介电材料都是高电阻率材 料，但两者是有区别的，好的介电材料一定是好 的绝缘材料，但好的绝缘材料就不一定是好的介 电材料了。
第13章电介质
¾ 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，叫作该系统内的静电势 能。
¾ 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。
二、点电荷系的能量
q2
电势能：
We
=
q2
q1
4πε 0 r
=
q1
q2
4πε 0 r
qq11
r
We
第 13 章 电介质
§13.1 静电场中的电介质 §13.2 介质中的高斯定理 §13.3 介质边界两侧的静电场 §13.4 静电场的能量
§13.4 静电场的能量
一、带电体系中，
P q0
O rr
q
静电能为：
∫ We
=
q0V
= q0
q
4πε 0 r
把q0从P点移到无限远时
3 Q
−
r2 R3
⎟⎟⎠⎞
We
=
1 2
∫V
(ρ
dτ
)
QdrrR
∫ = 1 2
R 0
Q
8πε 0
⎜⎜⎝⎛
3 R
−
r2 R3
⎟⎟⎠⎞
4π
Q R3
4πr 2dr 3
dr
∫ = 3Q2
16πε 0R3
R 0
r
2 ⎜⎜⎝⎛
3 R
−
r2 R3
⎟⎟⎠⎞dr
∫ We
=
1 2
V (ρ dτ )
τ
ρ= Q
4π R3
3
We
8πε 0 R
=
3Q 2
20πε 0 R
¾ 上述讨论说明：带电系统的静电作用能就是该带电系
¾ 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。
二、点电荷系的能量
q2
电势能：
We
=
q2
q1
4πε 0 r
=
q1
q2
4πε 0 r
qq11
r
We
第 13 章 电介质
§13.1 静电场中的电介质 §13.2 介质中的高斯定理 §13.3 介质边界两侧的静电场 §13.4 静电场的能量
§13.4 静电场的能量
一、带电体系中，
P q0
O rr
q
静电能为：
∫ We
=
q0V
= q0
q
4πε 0 r
把q0从P点移到无限远时
3 Q
−
r2 R3
⎟⎟⎠⎞
We
=
1 2
∫V
(ρ
dτ
)
QdrrR
∫ = 1 2
R 0
Q
8πε 0
⎜⎜⎝⎛
3 R
−
r2 R3
⎟⎟⎠⎞
4π
Q R3
4πr 2dr 3
dr
∫ = 3Q2
16πε 0R3
R 0
r
2 ⎜⎜⎝⎛
3 R
−
r2 R3
⎟⎟⎠⎞dr
∫ We
=
1 2
V (ρ dτ )
τ
ρ= Q
4π R3
3
We
8πε 0 R
=
3Q 2
20πε 0 R
¾ 上述讨论说明：带电系统的静电作用能就是该带电系