電介質(zhì)極化的微觀模型

　　電介質(zhì)在外加電場(chǎng)的情況下產(chǎn)生的束縛電荷現(xiàn)象來(lái)源于電介質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)上的一些變化。因而, 從微觀角度來(lái)考察或研究電介質(zhì)的結(jié)構(gòu)具有重要的意義。從微觀角度來(lái)考察介質(zhì)極化的起源, 必然要組成電介質(zhì)的分子、原子結(jié)構(gòu)狀況。一般情況下, 可將電介質(zhì)的極化情況歸類為如圖2 所示的4 種zui基本的極化單元模型。

　　在圖2 所示的4 種模型中, 所有電荷均遵循著一個(gè)共同的基本規(guī)律, 即在電介質(zhì)內(nèi)部不存在自由電荷( 指可自由移動(dòng)的電荷) , 所有電荷均以被束縛( 僅能在微小的區(qū)域內(nèi)作有限的姿態(tài)調(diào)整) 的形式存在。4 種基本模型的情況分述如下：

圖2 微觀極化模型

　　(1) 圖2( a)表示在沒(méi)有受到電場(chǎng)作用時(shí), 組成電介質(zhì)的分子或原子, 其中原子核所帶正電荷的中心與繞核分布的電子所帶負(fù)電荷的中心相重合, 對(duì)外呈中性。但當(dāng)介質(zhì)受到電場(chǎng)作用時(shí), 其中每個(gè)分子或原子中的正、負(fù)電荷中心產(chǎn)生相對(duì)位移, 中性分子或原子變成了偶極子。具有這類極化機(jī)制的極化形式稱為電子位移極化或電子形變極化。/ 形變極化0一詞用來(lái)說(shuō)明在電場(chǎng)作用下, 電子云發(fā)生形變而導(dǎo)致正、負(fù)電荷中心分離的物理過(guò)程。

　　(2) 圖2( b) 表示由不同的原子( 或離子) 組成的分子,如離子晶體中由正離子與負(fù)離子組成的結(jié)構(gòu)單元, 在無(wú)電場(chǎng)作用時(shí), 離子處于正常結(jié)點(diǎn)位置并對(duì)外保持電中性。但在電場(chǎng)作用下, 正、負(fù)離子產(chǎn)生相對(duì)位移( 正離子沿電場(chǎng)方向移動(dòng), 負(fù)離子逆電場(chǎng)方向移動(dòng)) , 破壞了原先呈中性分布的狀態(tài)。電荷重新分布, 實(shí)際上就相當(dāng)于從中性/ 分子0(實(shí)際上是正、負(fù)離子對(duì)) 變成了偶極子。具有這類機(jī)制的極化形式即稱為離子位移極化或簡(jiǎn)稱為離子式極化。

　　(3) 圖2( c) 表示極性電介質(zhì)的組成質(zhì)點(diǎn)是具有偶極矩的極性分子, 但在沒(méi)有電場(chǎng)作用的條件下, 極性分子混亂排布, 固有偶極矩矢量沿各方向的分布機(jī)率相等。所有分子固有偶極矩的矢量和為零, 整個(gè)介質(zhì)仍保持電中性。但在電場(chǎng)作用下, 每個(gè)極性分子在電場(chǎng)中都受到轉(zhuǎn)動(dòng)力矩的作用而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn), 并且有沿電場(chǎng)方向排布的趨向, 其結(jié)果就是電介質(zhì)極化。這類極化形式即叫做轉(zhuǎn)向極化, 這是極性介質(zhì)在電場(chǎng)作用下所發(fā)生的一種主要極化形式。

　　(4) 圖2( d) 表示非均勻介質(zhì)的情形, 在電場(chǎng)作用下, 原先混亂排布的正、負(fù)/ 自由0電荷發(fā)生了趨向有規(guī)則的運(yùn)動(dòng)過(guò)程, 導(dǎo)致正極板附近集聚了較多的負(fù)電荷。空間電荷的重新分布, 實(shí)際形成了介質(zhì)的極化, 這類極化稱為空間電荷極化, 他是非均勻介質(zhì)或存在缺陷的晶體介質(zhì)所表現(xiàn)出的主要極化形式之一。對(duì)于實(shí)際的晶體介質(zhì), 其內(nèi)部/ 自由0電荷在電場(chǎng)作用下移動(dòng), 可能被晶體中不可能避免地存在著的缺陷( 如晶格缺位、雜質(zhì)中心、位錯(cuò)等) 所捕獲、堆積造成電荷的局部積聚, 使電荷分布不均勻, 從而引起極化。

　　4 種模型的極化效果均可歸結(jié)到用電偶極子( 正負(fù)電荷中心移位, 并形成束縛關(guān)系, 構(gòu)成電偶極子。電偶極子中正電荷的電量與正負(fù)電荷的中心位移量的乘積形成電偶極子的偶極矩) 模型來(lái)等效。因而, 由極化所產(chǎn)生的電偶極子是定量分析介質(zhì)極化的基礎(chǔ)。