一、電介質(zhì)的概述

　　電工中一般認(rèn)為電阻率超過(guò)10歐/厘米的物質(zhì)便歸于電介質(zhì)。電介質(zhì)的帶電粒子是被原子、分子的內(nèi)力或分子間的力緊密束縛著，因此這些粒子的電荷為束縛電荷。在外電場(chǎng)作用下，這些電荷也只能在微觀范圍內(nèi)移動(dòng)，產(chǎn)生極化。在靜電場(chǎng)中，電介質(zhì)內(nèi)部可以存在電場(chǎng)，這是電介質(zhì)與導(dǎo)體的基本區(qū)別。不導(dǎo)電的物質(zhì)，如空氣、玻璃、云母片、膠木等。
　　電介質(zhì)包括氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)等范圍廣泛的物質(zhì)。固態(tài)電介質(zhì)包括晶態(tài)電介質(zhì)和非晶態(tài)電介質(zhì)兩大類(lèi)，后者包括玻璃、樹(shù)脂和高分子聚合物等，是良好的絕緣材料。凡在外電場(chǎng)作用下產(chǎn)生宏觀上不等于零的電偶極矩，因而形成宏觀束縛電荷的現(xiàn)象稱(chēng)為電極化，能產(chǎn)生電極化現(xiàn)象的物質(zhì)統(tǒng)稱(chēng)為電介質(zhì)。電介質(zhì)的電阻率一般都很高，被稱(chēng)為絕緣體。有些電介質(zhì)的電阻率并不很高，不能稱(chēng)為絕緣體，但由于能發(fā)生極化過(guò)程，也歸入電介質(zhì)。
通常情形下電介質(zhì)中的正、負(fù)電荷互相抵消，宏觀上不表現(xiàn)出電性，但在外電場(chǎng)作用下可產(chǎn)生如下3種類(lèi)型的變化：
1.原子核外的電子云分布 產(chǎn)生畸變，從而產(chǎn)生不等于零的電偶極矩，稱(chēng)為畸變極化；
2.原來(lái)正、負(fù)電中心重合的分子，在外電場(chǎng)作用下正、負(fù)電中心彼此分離，稱(chēng)為位移極化；
3.具有固有電偶極矩的分子原來(lái)的取向是混亂的，宏觀上電偶極矩總和等于零，在外電場(chǎng)作用下，各個(gè)電偶極子趨向于一致的排列，從而宏觀電偶極矩不等于零，稱(chēng)為轉(zhuǎn)向極化。
　　應(yīng)用于顯示的液晶，在靜電效應(yīng)的應(yīng)用和防護(hù)方面的材料，可以用于隱形技術(shù)方面的微波電介質(zhì)材料，以及作為結(jié)構(gòu)材料應(yīng)用的電介質(zhì)。

二、電介質(zhì)的極化

　　電介質(zhì)中電偶極矩的矢量和不為零的現(xiàn)象。電介質(zhì)可分為兩類(lèi)：一類(lèi)是非極性電介質(zhì)（常態(tài)下介質(zhì)內(nèi)分子的正負(fù)電荷的平均位置重合），另一類(lèi)是極性電介質(zhì)(常態(tài)下介質(zhì)內(nèi)分子的正負(fù)電荷的平均位置不重合)。在無(wú)外電場(chǎng)作用時(shí)，非極性電介質(zhì)分子的等效電偶極矩為零；極性電介質(zhì)分子由于排列雜亂無(wú)章，其等效電偶極矩的矢量和亦為零。在有外電場(chǎng)作用時(shí)，非極性電介質(zhì)分子的正負(fù)電荷平均位置相對(duì)位移，極性電介質(zhì)分子的電偶極矩發(fā)生轉(zhuǎn)向。這樣，都將出現(xiàn)極化現(xiàn)象。極化的程度，可用電極化強(qiáng)度P表示。P為每單位體積內(nèi)的電偶極矩，即它是矢量,其單位在國(guó)際單位制中是庫(kù)侖/米2。根據(jù)實(shí)驗(yàn)，許多電介質(zhì)的電極化強(qiáng)度P與電場(chǎng)強(qiáng)度E成正比,即

　　式中ε0為真空介電常數(shù)；χ為電極化率,對(duì)于各向同性電介質(zhì)為一標(biāo)量，對(duì)于各向異性電介質(zhì)為一張量。
　　某些電介質(zhì)中偶極分子間作用很強(qiáng),無(wú)外電場(chǎng)時(shí),在小體積內(nèi)分子互相平行排列，形成有宏觀偶極矩的電疇。這種無(wú)外電場(chǎng)時(shí)電疇內(nèi)部分子已出現(xiàn)極化的現(xiàn)象稱(chēng)為自發(fā)極化。熱釋電材料、鐵電材料均有自發(fā)極化。當(dāng)然，這類(lèi)有電疇結(jié)構(gòu)的電介質(zhì),由于電疇之間的排列無(wú)序,故無(wú)外電場(chǎng)時(shí)，整體上也不顯示出極化。電場(chǎng)強(qiáng)度乘以真空介電常數(shù)并與電極化強(qiáng)度相加之合成矢量，即為電位移D

　　或表示為電介質(zhì)的本構(gòu)方程D=εE式中ε為電介質(zhì)的介電常數(shù)。根據(jù)高斯通量定理這表明電位移D的通量是由自由電荷qf發(fā)出的。束縛電荷雖然可能影響D的分布,但不會(huì)發(fā)出D的通量。在有些情況下使用該式更加方便，因?yàn)樵撌降忍?hào)右端項(xiàng)中不包含束縛電荷。在時(shí)變電磁場(chǎng)中,電位移的時(shí)間變化率就是位移電流密度。電位移的單位在國(guó)際單位制中為庫(kù)侖/米2(C/m2)。

三、電介質(zhì)的應(yīng)用

　　在電工技術(shù)中，電介質(zhì)主要用作為電氣絕緣材料，故電介質(zhì)亦稱(chēng)為電絕緣材料。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，發(fā)現(xiàn)一些電介質(zhì)具有與極化過(guò)程有關(guān)的特殊性能。如不具有對(duì)稱(chēng)中心的晶體電介質(zhì)，在機(jī)械力的作用下能產(chǎn)生極化，即壓電性；不具有對(duì)稱(chēng)中心，而具有與其他方向不同的唯一的極軸晶體存在自發(fā)極化，當(dāng)溫度變化能引起極化，即具有熱釋電性；當(dāng)自發(fā)極化偶極矩能隨外施電場(chǎng)的方向而改變，它的極化強(qiáng)度與外施電場(chǎng)的關(guān)系曲線與鐵磁材料的磁化強(qiáng)度與磁場(chǎng)的關(guān)系曲線極為相似，即具有電滯曲線(鐵電性)。具有壓電性、熱釋電性、鐵電性的材料分別稱(chēng)為壓電材料、熱釋電材料、鐵電材料。這些具有特殊性能的材料統(tǒng)稱(chēng)為功能材料。它是電介質(zhì)的一個(gè)重要組成部分?？捎米鳈C(jī)械、熱、聲、光、電之間的轉(zhuǎn)換，在國(guó)防、探測(cè)、通信等領(lǐng)域具有極為重要的用途。

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