固体的介电特性

---

引言

在电场中不允许电荷流动的固体被称为介电固体。它们的排列方式使得它们的净偶极矩为零。这是因为在强电场中，固体中的原子核和电子被拉到固体的相对两侧，并在分子中产生偶极子。在本文中，我们将讨论什么是介电材料以及固体介电特性。

什么是介电材料？

介电材料是电绝缘体，当它们置于电场中时，不会有电荷流入其中。当它们置于电场中时，它们会表现出极化现象。原子核上的正电荷略微向平衡位置移动，而带负电的电子则向电场的反方向移动。这会在材料中产生极化，即产生一个强大的内部电场，从而减弱材料中电场的整体作用。介电分子包含弱键合的分子。

介电材料

介电材料和绝缘体的区别

正如我们所读到的，介电材料是绝缘体，但并非所有绝缘体都是介电材料。介电材料和绝缘体之间存在一些差异。让我们来看看它们：

介电材料	绝缘体
介电材料容易极化，但不导电	它们导电
它们分子内的键合较弱	它们分子内的键合较强
它们会产生一个内部电场，抵消外部电场的作用	它们不能在分子内产生这样的电场。
示例：它们用于电容器、变压器、电力电缆等。	示例：它们用于电器、高压线等。

介电材料

介电材料在其内部产生内部电场，从而减弱电场对其的影响。它们会极化并储存电荷。它们用于电容器、变压器、电力电缆等。它们也用于储存能量。介电材料有两种类型：极性介电材料和非极性介电材料。

• 极性介电材料 - 极性介电材料在材料中表现出偶极矩。它们的质心带正电，而负电部分不重合。它们的形状是不对称的。例如盐酸和水。

• 非极性介电材料 - 非极性介电材料不表现出偶极矩，并且形状对称。质心带正电，负电部分重合。例如云母、金属氧化物、玻璃、陶瓷、云母等。

介电材料主要存在于固体中，但也存在于液体和气体形式中。一些液体和气体介电材料的例子如下。

• 液体介电材料：蒸馏水

• 气体介电材料：真空、干燥空气、氮气和氦气。

介电材料的特性

介电材料具有以下特性：

• 它们具有电极化率。当它们置于电场中时，它们会极化。

• 它们表现出偶极矩。当它们置于电场中时，正电荷和负电荷在材料内部排列并产生偶极子。

• 它们表现出电子极化，即当我们将介电材料置于电场中时，它会形成偶极矩并变为中性。

• 介电材料会发生介电击穿。当材料中的电流增加时，静电场变得过于强烈。它开始导电。这称为介电击穿。

• 施加的电场去除后，介电材料会恢复到之前的状态。

• 它们表现出电渗透性，因为当它们置于电场中时，它们会极化。

固体的介电特性

当介电材料置于电场中时，正电荷会略微移动到平衡位置，而带负电的电子会向电子流的反方向移动。因此，在分子中会产生偶极子。并且分子会极化。根据偶极子的排列，晶体中可能没有偶极子，但只有离子存在。由于分子中的极化，固体材料表现出一些特性。它们如下：

• 压电性

• 铁电性

• 反铁电性

• 热电性

压电性

“压电”一词源于希腊语“piezein”，意为“压”或“挤”。一些固体材料在电场中以有序的方式排列自身，因此固体中的偶极矩表现出压电性，这意味着当对固体施加任何机械应力时，它会转换为电能，反之亦然。

最好的例子是打火机。在打火机中，当按下按钮时，由于压力会点燃。这些材料也用于超声波设备、麦克风、声纳探测器、汽车工业以及机械和汽车工业等。例如石英、磷酸二氢铵 (NH₄ H₂ PO₄) 等。

铁电性

在某些材料中，偶极子永久地与存在或不存在的电场对齐。它们被称为铁电材料。在这些材料中，当我们施加电场时，极化的方向会改变。

这些材料用于电容器、超声波成像、滤波器、调制器等。铁电材料的例子有钛酸钡 (BaTiO₃)、铁电材料的钠盐和钾盐、磷酸二氢钾 (KH₂ PO₄)、酒石酸钾钠盐等。

反铁电性

顾名思义，这些材料与铁电材料相反。它们表现出零极化，因为偶极子是排列的，但方向相反。因此，净偶极矩为零。反铁电材料的强度和弱点可以通过改变温度、压力和施加的外部电场来改变。反铁电性的一个例子是锆钛酸铅 (PbZrO₃)。

热电性

一些材料在加热时会产生电能，这些材料被称为热电材料。“热电”一词源于“pyr”，意为“火”。通过这些材料产生的能量称为热电，该过程称为热电效应。

这些材料用于热传感器、非接触式红外温度计、发电、动物、人类和其他物体的运动检测器等。

结论

在本文中，我们了解到介电材料是不良导体，当置于电场中时，它们会表现出极化现象。它们表现出电极化率、介电极化、偶极矩等特性。通过实例了解介电材料和绝缘体的区别。具有低介电常数的材料是理想的介电材料，在电场中表现出低电导率，例如干燥空气、真空、氦气和氮气等。介电材料中偶极子的方向表现出不同的特性，例如压电性、热电性、铁电性和反铁电性。介电材料如何在我们的生活中发挥作用，例如导体、变压器、汽车和电力工业等。

常见问题

1. 介电材料在电容器中的作用是什么？

介电材料用于电容器中以减弱电容器极板之间的电场强度。它有助于减少高压下的火花或短路。

2. 什么是理想的介电材料？

理想的介电材料是不导电的。理想介电材料的一个例子是干燥空气。

3. 介电材料的用途有哪些？

介电材料用于电容器、变压器、传感设备、运动检测器、温度计、汽车工业、声纳探测器等。

4. 谁发现了铁电材料？

铁电材料是由 Valasek 在酒石酸钾钠盐材料中发现的。

5. 铁电材料的用途有哪些？

铁电材料用于电容器、红外相机、火灾传感器、铁电RAM、燃油喷射器等。