7、电子材料的介电与磁学特性解析

电子材料的介电与磁学特性解析

1. 介电材料在交变场中的行为

在交变场中，介电材料的特性有着独特的表现。首先，电子极化率与角频率之间存在着特定的关系。之前的原子模型局限于单电子原子，而一般情况下，原子有多个电子，会有一系列的固有频率 (ω_0)，其极化率分量随频率的变化如图 4.8 和图 4.9 所示。

离子极化率在交变场中的处理方式与电子极化率类似。这里正、负离子相对位移的运动方程中，恢复力与位移成正比，所以运动是简谐的。由于涉及的离子质量比电子质量大得多，其振荡的固有频率处于红外范围，远低于紫外范围。离子极化率是一个复参数，可表示为 (α_i^* = α_i’ - jα_i’‘)，其 (α_i’) 和 (α_i’‘) 随频率的变化与电子极化率的 (α_e’) 和 (α_e’‘) 类似，只是最大值和最小值出现在红外频率范围。

非极性电介质的复介电常数与极化率在交变场中的关系和直流场中相同。复介电常数 (ε_r^ ) 在交变场中可表示为 (ε_r^ = ε_r’ - jε_r’‘)。对于非极性固体在交变场中的微观场表达式为 (E_{micro}(t) = E_{loc}(t) = E(t) + \frac{P(t)}{3ε_0})，其中 (E(t) = E_0e^{jωt})。极化强度 (P(t)) 在交变场中可表示为 (P(t) = ε_0 Re[(ε_r^ - 1) E_0 e^{jωt}])。通过一系列推导，得到适用于非极性电介质的交变场中的克劳修斯 - 莫索蒂关系：(\frac{ε_r^ - 1}{ε_r^ + 2} = \frac{N(α_e^ + α_i^*)}{3ε_0})。

下面通过几个