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介电性

/dielectricity/
最后更新 2024-02-24
浏览 179
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描述电介质对电场响应的客观规律,包括介电响应的唯象理论和微观机制两个层面。

英文名称
dielectricity
所属学科
物理学

电介质广义上几乎囊括所有自然界的物质形态,而重点和核心关注绝缘体电介质,因此介电性内容丰富,是物理学、化学、材料科学和电子科学技术等学科中都有所涉及的一个重要内容。

“介电性”一词由W.休厄尔[注]应M.法拉第的请求而造。在电场作用下,电介质主要以正负电荷重心不重合的电极化方式、而不是以电荷传导的方式,来产生、传递和存储电的作用和影响的物质。在电介质中,是束缚电荷而不是自由电荷起主要作用。电介质可以按其分子的电极性,可以分为极性电介质和非极化电介质;可以按其状态分为气态、液态和固态电介质;按其效用可以分为绝缘电介质和功能电介质。电介质与导体,半导体,超导体和磁介质等物质一样属于凝聚态物质的范畴。

在介电性主题下有若干条目,覆盖了电介质物理学基础层面的内涵。

①唯象描述:介电性描述一般电介质在电场下电极化的基本现象。在电介质中,原子、分子或离子中的正负电荷都以共价键或离子键的形式被相互强烈地束缚着,称之为束缚电荷,这些正负束缚电荷在电场的作用下,只能在微观尺度上相对位移,而不能做定向运动。

②响应理论:描述电介质介电性的主要物理量是介电常数或电极化率。由于电介质中的正负电荷在外场下的时空响应会触发很多关联现象,因此,介电响应的理论不再是简单的线性响应理论。描述介电响应的基本理论有洛伦兹有效电场理论和克劳修斯-莫索蒂方程,有昂萨格有效电场和昂萨格方程。这些有效电场理论使得我们可以继续使用介电常数或电极化率的概念和简单本构关系来描述介电响应规律。即便如此,介电响应依然呈现各向异性特征,因此需要用数学张量方法来描述,还包括时域和频域的介电响应(介电常数)。

③微观机制:描述介电响应的微观机制分为多个层面,通常包括电子位移极化、离子位移极化、固有偶极子取向极化、缺陷偶极子取向极化、空间电荷极化等亚类。

④响应动力学:不同电介质(各种物质形态)对外场的响应规律纷繁复杂、各不相同。描述不同电介质对电场、温度、压力、光场等外场激励的响应规律构成了介电性的重要内容。

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