电介质极化

电介质极化的基本定义

在外加电场作用下，电介质中的带电粒子（电子、原子核等）受到电场力作用，总体上正电荷趋向阴极、负电荷趋向阳极，结果使电介质的一个表面带正电、相对的表面带负电，这种现象称为电介质的电极化。极化强度 $P$ 定义为单位体积内的电偶极矩（矢量），单位为 $\mathrm{C}\mathrm{/}{\mathrm{m}}^2$。在均匀极化且表面法向与极化方向一致的特定配置下，表面束缚电荷密度在数值上等于极化强度的大小；一般情况下，表面束缚电荷密度为极化强度矢量与表面法向的内积。

一般电介质与铁电体的极化差异

对于大多数电介质，去除外加电压后极化状态随即消失。但有一类称为铁电体的电介质，在外加电压去除后仍保持极化状态，即具有剩余极化特性。典型的铁电体材料有钛酸钡 $\mathrm{B}\mathrm{a}\mathrm{T}\mathrm{i}{\mathrm{O}}_3$、磷酸二氢钾 $\mathrm{K}{\mathrm{H}}_2\mathrm{P}{\mathrm{O}}_4$ 等。许多压电材料是铁电体。

人工多晶压电陶瓷的极化处理

压电陶瓷是人工制造的多晶体，其压电机理与压电晶体不同，晶粒内存在许多自发极化的小区域，称为电畴。为使其具有压电效应，须进行极化处理：在陶瓷上加足够高的直流电场，并保持一定的温度和时间，迫使电畴转向，即自发极化作定向排列。未极化时晶粒内电畴方向杂乱无章；在电场 $E$ 作用下电畴开始沿电场方向排列；极化后电畴基本沿电场方向定向排列。

束缚电荷与自由电荷的屏蔽效应

将电压表接至已极化陶瓷片电极时无法测出内部极化强度。这是因为陶瓷片内的极化强度以电偶极距形式表现，导致两端出现束缚电荷，并在电极面吸附一层来自外界的自由电荷。这些自由电荷与束缚电荷符号相反、数量相等，从而屏蔽并抵消了极化强度对外界的作用。因此，电压表不能测出内部极化。