介電弛豫

介電弛豫是物理科學內的一個術語。

介電弛豫

正文

在均勻外電場E中偶極矩為μ的極性分子的勢能為：

式中 θ為偶極矩和電場強度之間的夾角。當加上外電場時，偶極矩將轉向與電場平行的方向以降低勢能，而熱運動使分子的平衡取向服從玻耳茲曼分布。當取消外電場時，介質分子將恢復到平均偶極矩為零的紊亂取向狀態，該過程由於分子本身的慣性和介質的粘滯性需要一定時間才能完成，稱為介電弛豫。
在恆定的外電場中，原來平均偶極矩為零的介質的單位體積上感生出正比於有效電場強度的平均偶極矩 P（通常稱為極化強度矢量）：

式中ε0為真空介電常數；N為單位體積中分子的數目;α稱為分子極化率；μ 為分子的永久偶極矩值；k 為玻耳茲曼常數；T 為熱力學溫度。極化強度矢量中的第一項Pα呏ε0NαE是由於外電場使分子中電子密度和原子核構型變形產生的。第二項 則是由於極性分子的永久偶極矩在外電場中的轉向作用貢獻的，當突然加上恆定的外電場時,Pμ按下式趨向它的平衡值：

式中t為時間變數；τ為弛豫時間常數。
當外加的是交變電場時，極性分子將隨電場作交變的取向運動。交變電場頻率在1010赫以下時,這種轉向運動跟得上電場的變化速度，極化強度矢量 P與頻率無關。當交變電場在1012赫以上時,偶極矩的轉向運動將完全跟不上電場的變化,Pμ對極化強度矢量沒有貢獻，P ＝Pα。在1010～1012赫的區間內，當交變電場的周期接近或超過分子的弛豫時間常數時，極化強度矢量將迅速降低。根據克勞修斯－莫索提－德拜方程式可知，介電常數也將隨之降低（見偶極矩）。因此，通過觀察極化強度矢量和介電常數隨頻率的變化，可以確定分子取向運動的速度，這正是介電弛豫方法的根據。

配圖

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