电介质与极化
电介质在电场中极化，产生束缚电荷，从而减弱电场并提高电容。
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Definition
电介质是一种绝缘体，其束缚电荷在外加电场中会发生轻微位移，产生极化；由此产生的束缚电荷、位移场、电极化率和介电常数描述了材料如何改变其内部的电场。
Scope
本主题涵盖电介质材料的极化、束缚表面电荷和体电荷、电位移场、电极化率和介电常数、微观极化率与宏观介电常数之间的关系、电介质中的能量以及电介质界面处的边界条件。它包括线性电介质并提及铁电行为，而详细的固态机制则属于凝聚态物理学范畴。
Core questions
- 电介质如何在电场中极化？
- 束缚电荷和位移场与极化有何关系？
- 微观极化率与宏观介电常数之间有何联系？
Key concepts
- 极化
- 束缚电荷
- 位移场 D
- 电极化率
- 介电常数
- 介电常数（相对介电常数）
- 极化率
- 铁电性
Key theories
- 极化与束缚电荷
- 外加电场会诱导偶极子排列，其净效应等效于束缚表面电荷和体电荷；位移场的定义使其源仅为自由电荷。
- 克劳修斯-莫索蒂关系
- 宏观介电常数通过克劳修斯-莫索蒂关系与微观极化率和分子数密度相关联，该关系考虑了作用于每个分子的局部电场。
Clinical relevance
电介质行为决定了电容器和绝缘体的设计、电子产品中的高介电常数材料、材料和组织的介电谱分析以及生物膜和大分子的电磁响应。
History
法拉第在19世纪30年代引入了电介质的概念，并测量了材料如何提高电容。莫索蒂（Mossotti）和克劳修斯（Clausius）在19世纪中叶将介电常数与分子极化率联系起来，这一关系后来在洛伦兹的电子理论中得到了基础性的解释。
Key figures
- Michael Faraday
- Ottaviano-Fabrizio Mossotti
- Rudolf Clausius
Related topics
Seminal works
- landau1984
- griffiths2017
Frequently asked questions
- 什么是介电常数？
- 它是相对介电常数，表示在给定自由电荷的情况下，材料相对于真空减小电场的因子，也等效于它增加电容的因子。
- 什么是束缚电荷？
- 它们是由于微观偶极子排列而在极化电介质表面和内部出现的有效电荷；它们不能在材料中自由移动。