【西安交通大学】【电介质物理】【第一章-第九讲(偶极子转向极化 ).ppt
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1、静电场中的电介质静电场中的电介质偶极子转向极化偶极子转向极化 自由点偶极子转向极化 不考虑偶极分子间的相互作用,即不考虑偶极子间的相互作用,只考虑受热运动的支配,这就是自由偶极子;自由偶极子的聚集相当于极性气体;当存在外电场时,各分子受转矩作用,趋于使它们取向与外电场平行,但热运动抵抗这种趋势,使体系最后达到一个新的统计平衡;自由点偶极子转向极化具有时间常数(称之偶极子弛豫时间)并且沿外电场取向的偶极子的平均分量终达一个稳定正值,所有分子的偶极矩沿电场方向的统计平均分量:偶极子分子的固有偶极矩 电场与偶极子间的夹角 自由点偶极子转向极化xL(x)热源A,体系A,处于状态r,能量为Wr,接触后达
2、到热平衡,则状态r出现的几率密度:K为波尔兹曼常数,为波尔兹曼常数,T为热源温度为热源温度 自由点偶极子转向极化设A为一偶极分子,A为除A以外的所有偶极分子组成的热源,Wr为A偶极分子的总能:动能动能电势能电势能C为一个常数 自由点偶极子转向极化为几率密度;表示在势能 范围内找到偶极分子A的几率 自由点偶极子转向极化 设单位体积中粒子数为n0,则:为在单位体积中在势能 范围内的分子数 其中自由点偶极子转向极化自由点偶极子转向极化单位体积内在立体角 偶极分子的偶极矩在电场方向分量 为单位体积内偶极分子在电场方向的分量和,其平均值为:自由点偶极子转向极化自由点偶极子转向极化自由点偶极子转向极化令
3、称称Langevin函数函数 自由点偶极子转向极化L(x)x/3随着x增大,从零增到1,这是因为 增大,电场的取向作用压倒温度的扰乱作用,使所有偶极子都趋向与外电场平行,达到饱和 当当 自由点偶极子转向极化称偶极子转向极化率与温度有关,与温度成正比,称偶极子转向极化率与温度有关,与温度成正比,温度愈高,热运动加剧,转向极化降低温度愈高,热运动加剧,转向极化降低 自由点偶极子转向极化一个典型偶极子 两个相距1的电荷 ,外电场 ,环境温度 郎之万函数所表示的体系只在原点附近才有物理意义郎之万函数所表示的体系只在原点附近才有物理意义 非球状偶极分子的转向极化假设分子是各向异性,具有一个对称轴,有两个
4、极化率分量,a1是平行于长轴的极化率,a2是沿短轴方向的极化率,固有偶极矩0平行于长轴,各向异性极化率a=a1-a2,平均极化率 这是偶极分子的电子位移极化,因此偶极分子的极化包括电子位移极化和自由点偶极子转向极化两部分。非球状偶极分子的转向极化在电场作用下,单个椭球偶极分子的偶极矩在电场方向的分量 及其在电场中的势能 非球状偶极分子的转向极化对于有很多分子组成的电介质,求 的平均值令 非球状偶极分子的转向极化由于非球状偶极分子的转向极化 的值从1/3变到1,1/3是对应于随机取向的分子,1对应于所有分子平行或反平行于电场E的方向,引入一个量S 当当随机取向;随机取向;,完全有序。完全有序。S
5、 S从从0 0变到变到1 1,它表示体系的取向度,称序参数。它表示体系的取向度,称序参数。非球状极性分子偶极矩,在电场方向的非球状极性分子偶极矩,在电场方向的 平均值除线性平均值除线性项外,还有非线性项,三阶项的符号取决于项外,还有非线性项,三阶项的符号取决于b b值。值。若若b b0=0.224 1-4b b-2b b2=0 在很宽的电场强度范围内,在很宽的电场强度范围内,随电场增大而线性地增大,直到五阶项才开始起作用;随电场增大而线性地增大,直到五阶项才开始起作用;若若b b 0 ,b b值小,固有偶极矩值小,固有偶极矩m mo起主起主导作用,它对导作用,它对具有饱和效应,在高场或低温下,
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