当前课程知识点:大学物理2 (电磁学、光学和量子物理) > WEEK4 > 极化规律、电位移矢量 > 电介质的极化规律
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同学好
这一节我们讲极化规律
这些规律都是从实验中总结出来的
所有绝缘体在电场中都发生极化
电场不太强的情况
这些电介质一般都是线性的
实验发现
各向同性线性电介质的极化强度
与电场成正比
这里这个希腊字母χ叫电极化率
是无量纲的常数
不随电场变化
与相对介电常数之间有个简单关系
εr减去1等于电极化率
这里需要强调
电场E是总电场
包括外加电场以及由于介质极化
这些分子平均电偶极矩产生的
附加电场也应包括在内
还有些电介质是各向异性的
如果电场不太强的话
极化强度虽然与电场仍旧是线性关系
但这个时候
电极化率一般不再是简单的常数
它其实与电场方向
和晶轴的方位有关
一般是用电极化率张量才可以描述
这种电介质的极化特性
电场变强时
各向异性电介质表现出非线性特性
而且 极化强度与电场之间
甚至没有单值关系
这种电介质称为铁电体
典型地 铁电体发生电滞现象
就像是铁磁体一样
假设现在有一块铁电体
它一开始不极化的
现在我慢慢给它加上电场
那么由于这个电场的作用
这个铁电体就会慢慢极化
它的极化强度就会慢慢增加
增加到一定程度以后
假设我减少这个电场
减少这个电场的结果是
铁电体里边的极化强度
它是减少 可是
不是按照原来增加的那个路径减少
而是沿着另一个路径减少
假如你把这个外边的电场撤为0了
这个铁电体里边的极化强度
仍然是不等于0
你要把这些极化强度全部变成0的话
你还要沿着反向加上电场
加到这它才变成0了
如果你继续沿着这个反向
加大这个电场的话
那么极化强度沿着另一个方向的大小
就会增大
大到一定程度
假如说你让沿着这个方向的电场变小
变小到0会怎么样呢
里边的极化强度还会保留着
也就是这个极化强度
引起的电场还存在
如果你要把这些电场都要去掉的话
你还要沿着相反的方向加大电场
加到一定程度
里边的极化强度就变成0了
再增加电场会怎么样呢
就回到原来这个出发点
那么这就形成了一个
闭合的一个回路
这叫电滞回线
这么一个闭合过程当中
这个铁电体是要消耗能量的
那么这些损耗的能量
其实大概就是这个闭合
电滞回线里边的面积
那么这个结论我们不做证明
只是给大家讲一下
所以铁电体有特殊的这种电滞现象
铁电体的介电常数一般都很大
它的相对介电常数
可以是1百和1万之间
当温度高于某个临界温度的时候
铁电体就变成普通的电介质
一般我们把这个临界温度叫做居里点
居里点其实是相变温度
居里点以下是铁电相
居里点以上转变为普通的电介质相
有些铁电体具有压电性质
比如说压电陶瓷片
是铁电材料制成的
当两边加压的时候
两侧会出现极化电荷
如果两边不是压 而是拉伸
两侧极化电荷就会变符号
我们可以看一下演示实验
我这手里边
有压电陶瓷片镶嵌在这里边
现在我把这个钟表放到这上面
那么钟表的这个嘀嗒声
就传递给了这个压电陶瓷
我现在把这个信号
传给电信号放大器
我们看看有什么效果
压电效应的逆效应是
当两侧加上电压
陶瓷片会压缩或拉伸
这个特性可以用来制作超声波源
假如你在陶瓷片两侧加上交变电压
那么这个陶瓷片
就会随着交变电压周期性地压缩和拉伸
这其实就是振动
振动频率呢
与交变电压信号的频率是一致的
你通过调节电信号的频率
可以得到任意频率的振动
作为超声波源
我们可以看一段演示实验
我这里有用压电陶瓷片做的超声波源
现在我把这个超声波源放到容器里边
容器里边乘满水了 我们看
市面上我们有一些加湿器
其实就是利用了
超声波雾化的这个原理
铁电体还有很多有趣的性质
比如热电效应等
有兴趣的同学
可以自己查找一些资料
自己学习
好 这节内容就讲到这儿
谢谢
-电荷和库仑定律
--引言
--电荷
--库仑定律
-WEEK1--电荷和库仑定律
-电场及叠加原理,电偶极子
--电场和电场强度
-WEEK1--电场及叠加原理,电偶极子
-高斯定律
--电通量
--立体角*
--高斯定律的证明*
--高斯定律和电场线
--高斯定律的应用
-WEEK1--高斯定律
-WEEK1--本周作业
-静电场环路定理、电势和叠加原理
--环路定理
--电势和叠加原理
--电势梯度
--等势面
-WEEK2--静电场环路定理、电势和叠加原理
-静电能
--电荷系静电能
-WEEK2--静电能
-导体静电平衡
--物质中电场
--导体静电平衡
-WEEK2--导体静电平衡
-WEEK2--本周作业
-导体周围电场
-WEEK3--导体周围电场
-静电屏蔽
--导体壳与静电屏蔽
-WEEK3--静电屏蔽
-电容及电容器
--电容及电容器
-WEEK3--电容及电容器
-电介质
--介质对电场的影响
-WEEK3--电介质
-极化强度矢量,极化电荷
--极化强度
--极化电荷
-WEEK3--极化强度矢量,极化电荷
-WEEK3--本周作业
-极化规律、电位移矢量
--电介质的极化规律
-WEEK4--极化规律、电位移矢量
-有介质时静电场能量
-WEEK4--有介质时静电场能量
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--电流密度
-WEEK4--电流密度、稳恒电流和稳恒电场
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--电动势
--欧姆定律
--欧姆定律(续)
-WEEK4--电动势、欧姆定律的微分形式及基尔霍夫定律
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--电流微观图像
-WEEK4--电流微观图像和暂态过程
-本周作业
--week4--本周作业
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--电流磁效应
--磁场和磁感应强度
-WEEK5--洛仑兹力、磁感应强度
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--毕-萨-拉定律
--磁场高斯定律
-WEEK5--毕-萨-拉定律、磁场叠加原理和磁场高斯定理
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--霍尔效应
--安培力
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-WEEK6--磁介质对磁场的影响和原子磁矩
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--磁介质的磁化
--磁化电流
-WEEK6--磁化强度矢量、磁化电流和磁场强度H及其环路定理
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