电介质的极化过程及电介质极化 (8).ppt

1.5.1洛伦兹（Lorentz）有效电场u 洛伦兹（Lorentz）有效电场有效电场是作用于极化粒子上的局域电场。历史上很多学者提出了不少计算有效场模型，其中以Lorentz模型和Onsager模型著名。uLorentz 有效电场1.5.1洛伦兹（Lorentz）有效电场假设电介质均匀极化uLorentz 有效电场球内电介质是不连续的极化粒子产生电场求和为E2。球外电介质连续均匀媒质产生的电场E1。极板上自由电荷形成的电场E0。1.5.1洛伦兹（Lorentz）有效电场uLorentz 有效电场求得E0-1.5.1洛伦兹（Lorentz）有效电场uLorentz 有效电场E1包括两部分：平板介质上的极化电荷在真空中的场强（1）Lorentz球表面极化电荷在真空中产生的场强（2）1.5.1洛伦兹（Lorentz）有效电场uLorentz 有效电场假定球外仍保持均匀电场 不变，球表面上极化强度为。1.5.1洛伦兹（Lorentz）有效电场uLorentz 有效电场球面上极化面密度p=n=P cos 把球面分成圆环，其面积ds=2a2 sin d其电荷dqp=pds=P2a2 sin cos d1.5.1洛伦兹（Lorentz）有效电场uLorentz 有效电场平行于E方向的分量1.5.1洛伦兹（Lorentz）有效电场uLorentz 有效电场-求得E11.5.1洛伦兹（Lorentz）有效电场E2是球内极化粒子作用于球心极化粒子上的电场，不能看作是连续介质，而作宏观处理，只能根据物质结构而定，但很难直接计算。1.5.1洛伦兹（Lorentz）有效电场uLorentz 有效电场除E2 0 或E2=0 外，其它电介质的 E2难以计算。uLorentz 有效电场几种典型的E2=0的介质：（1）对于由相同原子组成的简立方晶体，感应偶极矩取z轴方向，所有原子可看成互相平行的点偶极子。1.5.1洛伦兹（Lorentz）有效电场uLorentz 有效电场一个点偶极子在球心产生的电势：1.5.1洛伦兹（Lorentz）有效电场uLorentz 有效电场偶极子i在O点沿外电场（z轴）产生电场：1.5.1洛伦兹（Lorentz）有效电场uLorentz 有效电场其它极化原子形成的电矩均沿外电场方向排列，在O点产生电场：1.5.1洛伦兹（Lorentz）有效电场uLorentz 有效电场同样原子组成的简立方晶体，在外场作用下，各原子感应电矩相等，由于立方晶体的对称性，在球内有这样的几何关系式：1.5.1洛伦兹（Lorentz）有效电场uLorentz 有效电场对体心立方，面立方，Nacl型，金刚石型（两个面心立方沿对角线位移1/4长度套构）结构晶体，E2=0。1.5.1洛伦兹（Lorentz）有效电场对立方晶体:E2=0。uLorentz 有效电场绝不能认为所有立方结构的晶体，E2都等于零。例如钙钛矿虽属立方结构，但其中氧周围并不是立方对称的，是氧八面体，E2不为零。1.5.1洛伦兹（Lorentz）有效电场uLorentz 有效电场（2）气体：极性分子（CO，H2O蒸汽）和非极性分子（CO2，N2，He）组成的气体，密度小，分子间距大，在标准状况下，一个空气分子平均占据的空间，约为分子本身体积的3x104倍。1.5.1洛伦兹（Lorentz）有效电场uLorentz 有效电场分子内部各原子之间的作用，比分子间的相互作用强得多，可将每个分子视为一个近独立子系，各分子无规则混乱分布相互作用可以忽略，可以认为E2=0。1.5.1洛伦兹（Lorentz）有效电场uLorentz 有效电场（3）非极性液体（苯，四氯化碳），弱极性分子组成的液体（甲苯，二甲苯），在外电场作用下，感应偶极矩大小相等，均沿外电场排列。1.5.1洛伦兹（Lorentz）有效电场uLorentz 有效电场液体本身无一定形状，因而分子在Lorentz球内各处出现的几率相等，无规则混乱分布，可看作对称分布，故在Lorentz球内，E2=0。1.5.1洛伦兹（Lorentz）有效电场uLorentz 有效电场对于极性液体（H2O）和固体电介质，由于偶极分子作用较强，E2不等于0。1.5.1洛伦兹（Lorentz）有效电场uLorentz 有效电场现设E2=0，则有效场为：1.5.1洛伦兹（Lorentz）有效电场uLorentz 有效电场求得：-1.5.1洛伦兹（Lorentz）有效电场uLorentz 有效电场也可以这样求得：在均匀介质中，挖取了一个半径为a的球体，在电介质中，留下了一个真空球腔，球腔内的电场强度为Ee。1.5.1洛伦兹（Lorentz）有效电场uLorentz 有效电场也可以这样求得：将一个同样介质球体（其退极化电场Ep=-P30）填充到这个球腔上，那么球心处的电场就是介质宏观平均电场E为：1.5.1洛伦兹（Lorentz）有效电场uLorentz 有效电场1.5.1洛伦兹（Lorentz）有效电场