Chất điện môi và sự phân cực

Chất điện môi phân cực trong điện trường, tạo ra các điện tích liên kết làm giảm trường và tăng điện dung.

Definition

Chất điện môi là một chất cách điện có các điện tích liên kết dịch chuyển nhẹ trong điện trường đặt vào, tạo ra sự phân cực; các điện tích liên kết, trường dịch chuyển, độ cảm và hằng số điện môi mô tả cách vật liệu điều chỉnh trường bên trong nó.

Scope

Chủ đề này bao gồm sự phân cực của vật liệu điện môi, điện tích bề mặt và điện tích khối liên kết, trường dịch chuyển điện, độ cảm điện và hằng số điện môi, mối quan hệ giữa khả năng phân cực vi mô và hằng số điện môi vĩ mô, năng lượng trong chất điện môi và các điều kiện biên tại các giao diện điện môi. Nó bao gồm các chất điện môi tuyến tính và ghi nhận hành vi sắt điện, trong khi các cơ chế trạng thái rắn chi tiết thuộc về vật lý vật chất ngưng tụ.

Core questions

• Chất điện môi phân cực trong trường như thế nào?
• Điện tích liên kết và trường dịch chuyển liên quan đến sự phân cực như thế nào?
• Điều gì liên kết khả năng phân cực vi mô với hằng số điện môi vĩ mô?

Key concepts

• sự phân cực
• điện tích liên kết
• trường dịch chuyển D
• độ cảm điện
• hằng số điện môi
• hằng số điện môi tương đối
• khả năng phân cực
• sắt điện

Key theories

Sự phân cực và điện tích liên kết

Một trường đặt vào gây ra các lưỡng cực được sắp xếp thẳng hàng mà hiệu ứng tổng hợp của chúng tương đương với các điện tích bề mặt và điện tích khối liên kết; trường dịch chuyển được định nghĩa sao cho các nguồn của nó chỉ là các điện tích tự do.

Hệ thức Clausius-Mossotti

Hằng số điện môi vĩ mô được liên kết với khả năng phân cực vi mô và mật độ số phân tử thông qua hệ thức Clausius-Mossotti, tính đến trường cục bộ tác động lên mỗi phân tử.

Clinical relevance

Hành vi điện môi chi phối thiết kế tụ điện và vật liệu cách điện, vật liệu có hằng số điện môi cao trong điện tử học, quang phổ điện môi của vật liệu và mô, và phản ứng điện từ của màng sinh học và đại phân tử.

History

Faraday đã giới thiệu khái niệm về chất điện môi và đo lường cách các vật liệu làm tăng điện dung vào những năm 1830. Mossotti và Clausius đã liên hệ hằng số điện môi với khả năng phân cực phân tử vào giữa thế kỷ XIX, một mối quan hệ sau đó được đặt nền tảng trong lý thuyết điện tử của Lorentz.

Key figures

• Michael Faraday
• Ottaviano-Fabrizio Mossotti
• Rudolf Clausius

Seminal works

• landau1984
• griffiths2017

Frequently asked questions

Hằng số điện môi là gì?

Đó là hằng số điện môi tương đối, hệ số mà một vật liệu làm giảm điện trường đối với một điện tích tự do nhất định so với chân không, và tương đương là hệ số mà nó làm tăng điện dung.

Điện tích liên kết là gì?

Chúng là các điện tích hiệu dụng xuất hiện trên bề mặt và bên trong một chất điện môi phân cực do sự sắp xếp của các lưỡng cực vi mô; chúng không tự do di chuyển qua vật liệu.