电介质极化

不同电介质的极化程度是不一样的。为了分析电介质极化的宏观效应，常引入极化强度P这一物理量来表征电介质的极化特性。极化强度是一个矢量，定义单位体积内电偶极子电矩的矢量和为极化强度。

电介质极化电子、离子位移极化

1. 电子位移极化在外电场作用下，原子外围的电子轨道相对于原子核发生位移，原子中的正、负电荷重心产生相对位移。这种极化称为电子位移极化(也称电子形变极化)。

2. 离子位移极化离子在电场作用下偏移平衡位置的移动，相当于形成一个感生偶极矩；也可以理解为离子晶体在电场作用下离子间的键合被拉长，例如碱卤化物晶体就是如此。根据经典弹性振动理论可以估计出离子位移极化率。

电介质极化电介质极化弛豫极化

这种极化机制也是由外加电场造成的，但与带电质点的热运动状态密切相关。例如，当材料中存在着弱联系的电子、离子和偶极子等弛豫质点时，温度造成的热运动使这些质点分布混乱，而电场使它们有序分布，平衡时建立了极化状态。这种极化具有统计性质，称为热弛豫(松弛)极化。极化造成带电质点的运动距离可与分子大小相比拟，甚至更大。由于是一种弛豫过程，建立平衡极化时间约为101~102s，并且由于创建平衡要克服一定的位能，故吸收一定能量。因此，与位移极化不同，弛豫极化是一种非可逆过程。

弛豫极化包括电子弛豫极化、离子弛豫极化、偶极子弛豫极化。它多发生在聚合物分子、晶体缺陷区或玻璃体内。

电介质极化取向极化

沿外场方向取向的偶极子数大于与外场反向的偶极子数，因此电介质整体出现宏观偶极矩，这种极化称为取向极化。

这是极性电介质的一种极化方式。在无外电场时，由于分子的热运动，偶极矩的取向是无序的，所以总的平均偶极矩较小，甚至为0。而组成电介质的极性分子在电场作用下，除贡献电子极化和离子极化外，其固有的电偶极矩沿外电场方向有序化。在这种状态下的极性分子的相互作用是一种长程作用。尽管固体中极性分子不能像液态和气态电介质中的极性分子那样自由转动，但取向极化在固态电介质中的贡献是不能忽略的。对于离子晶体，由于空位的存在，电场可导致离子位置的跃迁，如玻璃中的钠离子可能以跳跃方式使偶极子趋向有序化。

电介质极化电介质极化空间电荷极化

众所周知，离子多晶体的晶界处存在空间电荷。实际上不仅晶界处存在空间电荷，其他二维、三维缺陷皆可引入空间电荷，可以说空间电荷极化常常发生在不均匀介质中。这些混乱分布的空间电荷，在外电场作用下，趋向于有序化，即空间电荷的正、负电荷质点分别向外电场的负、正极方向移动，从而表现为极化。

宏观不均匀性，例如夹层、气泡等也可形成空间电荷极化，因此，这种极化又称界面极化。由于空间电荷的积聚，可形成很高的与外场方向相反的电场，故而有时又称这种极化为高压式极化。

空问电荷极化随温度升高而下降。这是因为温度升高，离子运动加剧，离子容易扩散，因而空间电荷减小。空间电荷极化需要较长时间，大约几秒到数十分钟，甚至数十小时，因此空间电荷极化只对直流和低频下的极化强度有贡献。 2100433B

根据电介质中束缚电荷的分布特征，可将组成电介质的分子分为无极分子和有极分子两类。无极分子是指电介质内部的束缚电荷分布对称．正电荷与负电荷的中心重合，对外产生的合成电场为0，对外不显电特性的分子；有极分子是指其内部束缚电荷分布不对称，正电荷与负电荷的中心不重合，本身构成一个电偶极矩(简称电矩)的分子，或称为电偶极子。

无外加电场时，无极分子电介质中的分子没有电矩。有外加电场时，每个无极分子在外电场作用下使得正、负电荷的中心被拉开微小的距离，电荷的中心产生位移，形成了一个电偶极子。产生一个电矩，电矩的方向与外电场的方向平行。外电场越强，分子中电荷的中心位移越大．电介质中分子电矩的矢量和也越大。无极分子电介质的这种特性称为位移极化。

无外加电场时，有极分子电介质中的分子具有一个固有电矩。但是由于电介质内部分子的无规则热运动，使得每个具有电矩的极性分子分布无规则，因此电介质中所有分子电矩的矢量和为0，对外产生的合成电场为0，对外也不显电特性。有外加电场时．每个有极分子的电矩都受到一个外电场力矩作用．使得有极分子的电矩在一定程度上转向外电场方向．最终使得电介质中分子电矩的矢量和不等于0。外电场越强，分子电矩排列越整齐，电介质中分子电矩的矢量和也越大。有极分子电介质的这种特性称为取向极化。外加电场作用下．电介质中无极分子的束缚电荷发生位移产生的位移极化，以及有极分子的固有电矩的取向趋于电场方向而产生的取向极化统称为电介质的极化。

电介质的极化使得电介质内分子的正负电荷发生位移或取向变化，电介质内部出现许多按外电场方向排列的电偶极子，这些电偶极子改变了整个电介质原来的电场分布。在电介质内部可能出现净余的电荷分布，同时在电介质的表面上有电荷分布，这种电介质表面上的电荷称为极化电荷。极化电荷与导体中的自由电荷不同，不能自由移动，因此也称为束缚电荷。但是极化电荷也是电荷，它与自由电荷一样是产生电场的源，极化电荷对原电场有影响，会引起整个电介质电场的变化。

极化电荷密度电介质在外电场作用下发生极化后．若电介质内部极化均匀，则电介质内的极化电荷等于0，电介质内不会存在极化电荷的体分布；若电介质内部极化不均匀，则电介质内的极化产生的电偶极子的分布也不均匀，电介质内的极化电荷不等于0，电介质内部存在极化电荷的体分布。无论电介质内均匀极化或非均匀极化，电介质的表面都会有极化电荷存在。

我们知道，电介质极化会产生极化电荷，而极化强度又是表征电介质的极化程度的物理量，这二者之问必有一定的关系。在电介质中的任意闭合面S内作一面积元dE，其法向单位矢量为P。

无极分子无极分子的位移极化

加上外电场后，在电场力作用下电介质分子的正负电荷中心不再重合，形成一个电偶极子，它们的等效电偶极矩P的方向都沿着电场的方向。

电介质的两个和外电场强度 相垂直的表面层里，将分别出现正电荷和负电荷。这些电荷不能离开介质，也不能在电介质中自由移动，我们称之为极化电荷。这种在外电场作用下，在电介质中出现极化电荷的现象叫做电介质的极化。

由于无极分子的极化在于正、负电荷中心的相对位移，所以常叫做位移极化。

无极分子有极分子的取向极化

无外电场时，有极分子电偶极矩取向不同，整个介质不带电。

在外电场中有极分子的固有电矩要受到一个力矩作用，电矩方向转向和外电场方向趋于一致。

有极分子的极化就是等效电偶极子转向外电场的方向，所以叫做取向极化。

一般来说，分子在取向极化的同时还会产生位移极化，但是，对于有极分子电介质来说，在静电场作用下，取向极化的效应比位移极化的效应强得多，所以有极分子的极化机理是取向极化。

上面从分子的结构出发，说明了两类不同的电介质的极化过程，这两类电介质极化的微观过程虽然不同，但宏观的效果却是相同的，都是在电介质的两个相对表面上出现了异号的极化电荷，在电介质内部有沿电场方向的电偶极矩。

极化电流应该分为瞬时位移极化电流和松弛极化电流。

瞬时位移极化电流

电子位移极化和离子位移极化是“瞬时位移极化”。电子式极化和离子式极化为位移极化，产生的电流为瞬时位移极化。

松弛极化电流

偶极子极化和界面极化为松弛极化。松弛极化建立和消失的时间较长且该过程伴随能量损耗，常常作为电介质极化过程的研究对象，松弛极化损耗与电介质老化相关，因此极化损耗可作为电介质老化的评判依据。

松弛极化电流也叫吸收电流。实际介质的电容器和理想电容器不同，缓慢的松弛极化形成了滞后于电压并随时间衰减的吸收电流，这就是介质的松弛现象。吸收电流只有电压发生变化时才存在，它是介质在交变电场下引起介质损耗的重要来源。

极化电流极化

根据极化过程的特点，可将电介质极化分为电子式极化、离子式极化、偶极子极化和界面极化四类。在直流电场作用下，不同特性的电介质内部将发生其中的一种或几种极化过程。不同的极化类型具有的特点如下：

（1）电子式极化

在没有外电场的作用时，原子体系中原子核的正电荷中心和的负电荷中心重合，不具有偶极矩；当加上电场后，电子的运动轨道发生偏移，使得正、负电荷的中心不再重合，即产生偶极矩。这种由电子轨道发生位移所形成的极化叫做电子极化。电子式极化发生在一切电介质中。

电子式极化完成的时间非常短，当电场消失后，由于正、负电荷的相互吸引，使得偶极矩消失而恢复非极性，整个过程不损耗能量，即电子式极化是弹性的。另外，电子式极化几乎不受温度变化的影响，温度的改变只影响电介质组成粒子的热运动，对原子的半径影响不大。

（2）离子式极化

在离子式结构的电介质中，正、负离子在电场的作用下沿反方向运动从而形成的极化过程称为离子式极化。固体无机化合物多为离子式结构，如云母、陶瓷材料等。在交变电场中，电场频率低于红外光频率时，离子式极化便可以进行。离子式极化亦为弹性极化，其建立和消除的过程均不损耗能量。由于离子间距随温度变化不大，所以离子式极化虽会随温度升高而增加，但增加得不大。

（3）偶极子极化

在极性电介质中，如蓖麻油、油浸纸、橡胶、纤维素等，电介质分子即使在无外加电场时，正、负电荷的重心也不重合，因而形成一个永久的偶极矩。然而由于热运动，极性分子的偶极矩取向是任意的，整个电介质对外不呈现极性。在外加电场的作用下，每个偶极子都受到电场的作用而转向，最终与电场方向平行，对外呈现极性，这种极化就称为偶极子极化或取向极化。

偶极子极化过程较长，因为偶极子转向过程中要克服分子间的吸引力和摩擦力，极化过程中所消耗的电场能量在复原时不可收回，因此需要消耗能量。另外，温度对偶极子极化的影响很大。温度较低时，分子间联系紧密，偶极子转向困难，极化很弱；当温度升高，极化增强；而当温度继续升高时，由于分子热运动加剧而阻碍偶极子沿电场方向取向。因此偶极子极化强度随温度升高呈现先增大再减小的趋势。

（4）界面极化

在不均匀电介质中，在电场作用下，电介质内部自由电荷移动并在不均匀界面上积聚，使得自由电荷分布不均匀而产生的偶极矩的现象，称为界面极化。界面极化又称为空间电荷极化或麦克斯韦-瓦格纳（Maxwell-Wagner）极化。只要复合界面两边的电介质介电常数和电导率只比不相同就会发生界面极化现象，这种效应称为麦克斯韦-瓦格纳效应。界面极化的过程较缓慢，可能持续数小时甚至数天，极化过程伴随着能量损耗。在较低电压频率下，由于界面上产生电荷堆积，将使得等值电容的增大。

极化电流电流

科学上把单位时间里通过导体任一横截面的电量叫做电流强度，简称电流。通常用字母 I表示，它的单位是安培（安德烈·玛丽·安培），1775年—1836年，法国物理学家、化学家，在电磁作用方面的研究成就卓著，对数学和物理也有贡献。电流的国际单位安培即以其姓氏命名），简称“安”，符号 “A”，也是指电荷在导体中的定向移动。