第干二讲电介质的极化过程及电介质极化的时域响应
第十二讲 电介质的极化过程及电 介质极化的时域响应
一电介质的极化过程在恒定电场作用下，电介质的静态响应是介质响应的一个重要方面在变化电场作用下，电介质的动态响应是介质响应更重要和更普遍的方面。电介质在恒定电场作用下，从建立极化到其稳定状态，要经过一定的时间。真空的响应是即时的，电介质的极化具有滞后，因而电位移由真空即时贡献和介质滞后贡献共同构成D(t) =E(t)+ P(t)在变化电场下，极化响应大致可三种情况：·电场变化很慢，极化完全来得及响应，按照与静电场类似方法处理：·电场变化极快，极化完全来不及相应，无极化发生：·电场变化与极化建立的时间可比拟，极化对电场的响应受极化建立过程影响，极化的时间函数与电场时间函数不一致，极化滞后于电场且函数形式也发生变化
一电介质的极化过程 在恒定电场作用下，电介质的静态响应是介质响应的一个重要方面， 在变化电场作用下，电介质的动态响应是介质响应更重要和更普遍的方面。 电介质在恒定电场作用下，从建立极化到其稳定状态，要经过一定的时间。 真空的响应是即时的，电介质的极化具有滞后，因而电位移由真空即时贡 献和介质滞后贡献共同构成： 在变化电场下，极化响应大致可三种情况： •电场变化很慢，极化完全来得及响应，按照与静电场类似方法处理； •电场变化极快，极化完全来不及相应，无极化发生； •电场变化与极化建立的时间可比拟，极化对电场的响应受极化建立过程影 响，极化的时间函数与电场时间函数不一致，极化滞后于电场且函数形式 也发生变化。 0 D t E t P t ( ) ( ) ( ) = +
电解质的极化可分为：瞬时极化：电子弹性位移极化和离子弹性位移极化达到稳态所需时间约10-16-10-12s，在远低于光频情况下可认为是即时的，因此弹性极化也称瞬时极化或无惯性极化。弛豫极化：偶极子转向极化，在电场作用下要经过相当长时间（秒或更长）才能达其稳态，这类极化称弛豫极化或惯性极化，这个惯性就是物质移动和转动时的力学惯性。因此，电介质的极化强度可写成：P=P,+P其中P.为瞬时极化强度，与时间无关。P.为弛豫极化强度，与时间关系复杂
电解质的极化可分为： 瞬时极化：电子弹性位移极化和离子弹性位移极化达到稳态所需时 间约10-16 -10-12 s，在远低于光频情况下可认为是即时的，因此弹性极 化也称瞬时极化或无惯性极化。 弛豫极化：偶极子转向极化，在电场作用下要经过相当长时间（ 秒 或更长）才能达其稳态，这类极化称弛豫极化或惯性极化，这个惯 性就是物质移动和转动时的力学惯性。 因此，电介质的极化强度可写成： P P Pr = + 其中 P 为瞬时极化强度，与时间无关。 Pr 为弛豫极化强度，与时间关系复杂
当电介质只有一种形式的弛豫极化时，驰豫极化强度可近似表为：P, = Prm(1-e-/t)其中T为弛豫极化时间，t加电场后经历的时间，Prm为稳态（t→80）弛豫极化强度。当弛豫极化强度达稳态值后，移去电场，P随t的增加而减小，经过相当长的时间后，P降低到零。当t=t，P,=Pmle=0.36Pm，T 定义为弛豫极化的弛豫时间
当电介质只有一种形式的弛豫极化时，驰豫极化强度可近似表为： (1 ) t r rm P P e − = − ， 其 中 为弛豫极化时间， t 加电场后经历的时间， Prm 为稳态 （t → ）弛豫极化强度。 当弛豫极化强度达稳态值后，移去电场， Pr 随 t 的增加而减小，经过 相当长的时间后，Pr 降低到零。 当t = ， / 0.36 P P e P r rm rm = = ， 定义为弛豫极化的弛豫时间
在恒定电场的作用下，由克劳修斯方程：P=6(6, -1)EP.=6(6-1)E瞬时极化强度：:P,=P-P,=c(,-6.)E弛豫极化强度：E为宏观平均电场强度，8相应于电子位移极化介电常数，6为介质静态介电常数。作用于每个极化粒子上的有效场：E.=E+Bp60β为退极化因子，对于洛仑兹有效场β=3
在恒定电场的作用下，由克劳修斯方程： P s E 1) = （0 − 瞬时极化强度： P E 1) = （0 − 弛豫极化强度： Pr P P s E ( ) = − = 0 − E 为宏观平均电场强度， 相应于电子位移极化介电常数， s 为 介质静态介电常数。 作用于每个极化粒子上的有效场 ： Ee E P 0 = + β 为退极化因子，对于洛仑兹有效场 3 1 =