电介质与极化

本文是看了MIT公开课 <电与磁>中的电解质与极化后总结。

由能带理论可知，能带可分为导带，价带和禁带。

导带中，只有少量电子填充；价带中，有大量电子填充；禁带位于价带和导带中间，电子无法填充。电子所在的位置并不是连续的，而是阶梯状的。

导体中无禁带，所以电子很容易从价带到导带，进而导电；绝缘体的禁带 > 3eV，所以电子很难从价带跃迁到导带。

换句话说，绝缘体内部的电子被束缚在原子周围，很难变成自由电子；但导体内部则很容易产生自由电子。

绝缘体内部的电子的活动虽有限制，但当施加一个外部电场时，电子在原子内部还是可以稍微移动一点点的。

所以，当外部施加电场时，每一个原子中的电子都会朝着电场的反方向稍微移动一点点；而原子核则会沿着电场的方向稍微移动一点点。这样，绝缘体内部由于外电场的作用而感应出偶极子。

在绝缘体的顶部会形成一层负电荷，而底部会形成一层正电荷。这个过程称之为电极化。而能够电极化的物质，称为电介质。

介电质分为两类：非极性介电质和极性介电质。

非极性介电质：分子内部正电荷的质心和负电荷的质心位于同一点，因此，在没有外电场时，没有偶极子存在。

极性介电质：分子内部正电荷的质心和负电荷的质心不在同一点，就是说，即使没有外电场存在，其内部也存在偶极子。自身具有偶极子的物质，具有很高的介电常数，比说水，介电常数能到80左右。

理论联系实际

(1) 为什么同样容值的电容，耐压值越大的电容，封装会越大呢？

假设有两个电容，里面的介质相同，容值也相同。介质相同，则其击穿场强 也相同。

先列出两个公式：

(1)在保证不击穿的情况下，d=V/E，V为耐压值，E为击穿场强，所以耐压值越大，d也越大；

(2)C=ε0εrA/d, 为了保证容值C相同，d大的电容，其A也需要大。

所以，相同材料，相同容值的电容，耐压高的，通常封装也大。

(2)电容短路失效

在实际过程中，经常会碰到电容的电阻变为0了。因为绝缘体都有击穿场强，当外接电场或者电压超过一定值时，绝缘体就会被击穿，变成导体。

过程大概是这样：外电场足够强，被原子束缚的电子跃迁到导带中，成为自由电子，并且速度相当快。这些速度极快的自由电子与被束缚的电子碰撞，又产生新的自由电子。这一系列反应，很快会使绝缘体内部产生大量的自由电子，使其成为导体。

文献：

(1)   https://www.wanweibaike.com/wiki-%E8%83%BD%E5%B8%A6%E7%90%86%E8%AE%BA

(2)   https://open.163.com/newview/movie/free?pid=CERTELGKA&mid=IERTEQIH6

来源：加油射频工程师