電介質物理學檢視原始碼討論檢視歷史
| 電介質物理學 |
電介質的特徵是以正、負電荷重心不重合的電極化方式傳遞或記錄（存儲）電的作用和影響；在其中起主要作用的是束縛電荷。電介質物理主要是研究介質內部束縛電荷在電或和光的作用下的電極化過程，闡明其電極化規律與介質結構的關係，揭示介質宏觀介電性質的微觀機制，進而發展電介質的效用。電介質物理也研究電介質絕緣材料的電擊穿過程及其原理，以利於發展電絕緣材料。實際上金屬也具有介電性質；但金屬的介電性是來源於電子氣在運動過程中感生出虛空穴（正電荷）所引起的動態屏蔽效應。因其基本上不涉及束縛電荷，故不把金屬的介電性列入電介質物理研究的範疇。電介質有氣體的、液體的和固體的，分布極廣。
簡介
電極化的基本過程有三個：①原子核外電子云的畸變極化；②分子中正、負離子的（相對）位移極化；③分子固有電矩的轉向極化。在外界電場作用下，介質的介電常數 ε是綜合地反映這三種微觀過程的宏觀物理量；它是頻率 ω的函數ε（ω）。只當頻率為零或頻率很低（例如1千赫）時，三種微觀過程都參與作用，這時的介電常數ε（0）對於一定的電介質而言是個常數，通稱為介電常數，這也就是靜電介電常數εs或低頻介電常數。隨着頻率的增加，分子固有電矩的轉向極化逐漸落後於外場的變化，這時，介電常數取複數形式ε（ω）=ε′（ω）-jε″（ω），其中虛部ε″（ω）代表介質損耗；它是由於電極化過程追隨不上外場的變化而引起的。實部隨着頻率的增加而顯著下降，虛部出現峰值。頻率再增加，實部ε′（ω）降至新值，虛部ε″（ω）變為零，這表示分子固有電矩的轉向極化已不能響應了。當頻率進入到紅外區，分子中正、負離子電矩的振動頻率與外場發生共振時，實部ε′（ω）先突然增加，隨即陡然下降，ε″（ω）又出現峰值；過此以後，正、負離子的位移極化亦不起作用了。
評價
在可見光區，只有電子云的畸變極化在起作用了，這時實部取更小的值，稱為光頻介電常數，記以ε→∞，虛部對應於光吸收。光頻介電常數ε→∞實際上隨頻率的增加而略有增加，這是正常色散。在某些頻率時，實部ε′（ω）先突然增加隨即陡然下降，與此同時虛部ε″（ω）出現峰值，這對應於電子躍遷的共振吸收。對於電介質，麥克斯韋方程組指出，光的折射率n的二次方等於介電常數即光頻介電常數ε→∞（n2=ε→∞）。拿水來說，因為水分子具有很大的固有電矩，水的靜電介電常數為81。但是，它的折射率為1.33，亦即水的光頻介電常數ε→∞約為1.77，比81小得多；這是因為在極高頻的光電場作用下，只有電子過程才起作用的緣故。[1]