電介質(zhì)極化的微觀模型

　　電介質(zhì)在外加電場的情況下產(chǎn)生的束縛電荷現(xiàn)象來源于電介質(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)表示在沒有受到電場作用時, 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電荷的中心相重合, 對外呈中性。但當(dāng)介質(zhì)受到電場作用時, 其中每個分子或原子中的正、負電荷中心產(chǎn)生相對位移, 中性分子或原子變成了偶極子。具有這類極化機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0一詞用來說明在電場作用下, 電子云發(fā)生形變而導(dǎo)致正、負電荷中心分離的物理過程。

　　(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離子組成的結(jié)構(gòu)單元, 在無電場作用時, 離子處于正常結(jié)點位置并對外保持電中性。但在電場作用下, 正、負離子產(chǎn)生相對位移( 正離子沿電場方向移動, 負離子逆電場方向移動) , 破壞了原先呈中性分布的狀態(tài)。電荷重新分布, 實際上就相當(dāng)于從中性/ 分子0(實際上是正、負離子對) 變成了偶極子。具有這類機制的極化形式即稱為離子位移極化或簡稱為離子式極化。

　　(3) 圖2( c) 表示極性電介質(zhì)的組成質(zhì)點是具有偶極矩的極性分子, 但在沒有電場作用的條件下, 極性分子混亂排布, 固有偶極矩矢量沿各方向的分布機率相等。所有分子固有偶極矩的矢量和為零, 整個介質(zhì)仍保持電中性。但在電場作用下, 每個極性分子在電場中都受到轉(zhuǎn)動力矩的作用而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn), 并且有沿電場方向排布的趨向, 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, 在電場作用下, 原先混亂排布的正、負/ 自由0電荷發(fā)生了趨向有規(guī)則的運動過程, 導(dǎo)致正極板附近集聚了較多的負電荷。空間電荷的重新分布, 實際形成了介質(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。對于實際的晶體介質(zhì), 其內(nèi)部/ 自由0電荷在電場作用下移動, 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電荷的中心位移量的乘積形成電偶極子的偶極矩) 模型來等效。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)。