大多數(shù)陶瓷介質(zhì)由各種離子組成,在沒有外電場作用時,質(zhì)點的正負電荷中心重合,對外不呈現(xiàn)電極性。當有外電場作用時,質(zhì)點受到電場力的作用,正負電荷發(fā)生相對位移。正電荷沿著電場方向移動,負電荷反電場方向移動,這種相對位移是有限度的。
因為質(zhì)點內(nèi)部正負電荷之間的靜電引力作用,限制了電荷離開平衡位置的移動。在一定溫度和電場強度條件下,正負電荷偏離原來的平衡位置,位移了一定的距離后,達到新的平衡狀態(tài)。這時質(zhì)點的正負電荷的中心不再重合,因而整個介質(zhì)呈現(xiàn)電極性,這就叫做介質(zhì)的極化。
如下圖被電場極化了的介質(zhì)表面出現(xiàn)感應電荷,這些電荷不會跑到極板上而被束縛在介質(zhì)表面,稱為表面束縛電荷。
極化的微觀本質(zhì)就是介質(zhì)內(nèi)部帶電質(zhì)點產(chǎn)生位移。但由于介質(zhì)內(nèi)部質(zhì)點的束縛力很強在電場作用下沿一定方向的相對位移是有限度的,是在平衡位置附近的很小的位移,因而它不是載流子,不形成電流。
在外電場E。作用下,介質(zhì)中帶有正負電荷q的質(zhì)點,相互移開的距離為I,形成偶極子,其大小用偶極矩表示:
m=q*I
偶極矩又稱電矩。
單位電場強度下偶極矩的大小稱質(zhì)點的極化率,它表征質(zhì)點極化的能力。
α=m/E
設單位體積中極化的質(zhì)點數(shù)為n,m為每一質(zhì)點的平均偶極矩,則介質(zhì)單位體積的偶極矩為:P=m*n=n*α*E
P稱為介質(zhì)的極化強度。它有三個決定因數(shù):
(1)單位體積中極化的質(zhì)點數(shù)n;
(2)作用在極化質(zhì)點上的有效電場強度E。(也稱真實電場強度);
(3)質(zhì)點本身在電場作用下極化的能力即極化率α的大小。
對有效電場E。進行計算,可導出下式克一莫方程:
(M/p)·[(?-1)/(?+2)]=(4π/3)·N·a
式中:M—物質(zhì)的mol質(zhì)量;p—密度;?—介電常數(shù);N—阿伏伽德羅常數(shù),N=6.03×1023個/mol;a—極化率。
該公式從嚴格意義上說不適用于大多數(shù)陶瓷,但從定性方面和分析問題上考慮,仍有重要意義。
公式中的極化率a因介質(zhì)中極化形式的不同而不同。
各種電介質(zhì)都有其本身*的極化形式,它們對宏觀電性質(zhì)的影響也不相同。
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