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1、2013/6/241关于极化能的一些讨论理科试验班1班 曾杨闻晓 PB11000619.引言 .极化能的导出 .极化能的具体形式 .结论与进一步讨论 .参考文献.引言总电磁场能量密度真空电磁场能量密度介质中的能量密度.极化能的导出Maxwell方程组洛仑兹力密度公式能量守恒定律.极化能的导出Maxwell方程组电磁场对极化电荷做功功率密度电磁场对极化电荷做功，即极化能。.极化能的具体形式电子云畸变极化其它离子位移极化取向极化极化机制位移极化取向极化中国科学技术大学电磁学小论文竞赛2012年春季全校竞赛二等奖作品少年班学院中国科大电磁学课程组举办2012年6月17日版权所有， 禁止传播2013/
2、6/242.极化能的具体形式.位移极化考虑一弹性无极性分子模型，在外电场下正负电荷中心 产生位移， 其势能记做 将其在零点Taylor展开因为是平衡位置，故由于我们只考虑线性介质，故只保留至二阶项.极化能的具体形式处于外场中时有平衡条件将Taylor展开并注意到将平衡条件两边同乘我们得到即势能增量等于极化能。由此证明，在位移极化中极化能作 为一种弹性势能储存在介质中。.极化能的具体形式下面推导极化率作为势能函数的微观表达式而将代入有，即由此我们得到.极化能的具体形式.取向极化考虑处于外电场 中具有固有电偶极矩的极性分子气体设某一分子在某一时刻其电矩与外场方向呈角， 则其电矩沿电场方向分量为，能
3、量。 在热平衡下，分子处于不同取向状态的概率满足 MaxwellBoltzmann分布式中分母被积函数中的可视为能级简并度。.极化能的具体形式为化简，做以下量级估算则，可视为小量。 将按Taylor展开保留一阶项得则平均电偶极矩则极化强度。.极化能的具体形式在无外场情况下，分子取向完全随机，处于一种高度无序的 状态，介质应具有较大的熵，而处于外加电场时，分子取向 满足MaxwellBoltzmann分布，呈一种各向异性的有序状态， 此时介质的熵应小于无外场的无序状态。这说明取向极化是 一个介质熵减的过程，由热力学第二定律我们知道，在此过 程中介质必然会向外界放热。不考虑介质损耗，该过程可 逆，
4、则。下面我们借助Boltzmann H函数计算取 向极化过程的熵变。中国科学技术大学电磁学小论文竞赛2012年春季全校竞赛二等奖作品少年班学院中国科大电磁学课程组举办2012年6月17日版权所有， 禁止传播2013/6/243.极化能的具体形式同样利用小量进行简化得根据熵与H函数的关系，我们得到单位体积的熵.极化能的具体形式则由此我们知道，介质在极化过程放热量正是极化能。 故我们可以得出结论，取向极化中极化能减小了介质的熵 值并以热的形式贮存在介质外界环境之中。 同时我们由极化强度给出极化率的微观表达式.结论与进一步讨论通过上述的推导与论证，我们得到了两种极化机制下极化能 的具体形式与极化率的
5、微观表达式。在位移极化中极化能以 弹性势能的形式贮存在介质中，其极化率。 在取向极化中极化能减小了介质的熵值并以热的形式贮存在 介质周围环境中，其极化率。非极性分子只存在位 移极化，而极性分子一般同时存在位移极化与取向极化，取 向极化为主要部分。.结论与进一步讨论在位移极化中我们假设了一种弹性分子模型，对于这种弹性 力的具体属性我们并未做任何描述，所以原则上该推导对静 电力或非静电力地情况都是适用的。在取向极化中我们假定 介质与外界有良好的热交换，以保证介质恒温，若介质与外 界无热量交换，为保证熵不减，分子的热运动将加剧，导致 内能增加，介质温度将会升高，此时极化能以内能的形式贮 存在介质本身。.参考文献1郭硕鸿.电动力学(第二版).高等教育出版社,1997. 2方俊鑫,殷之文 主编.电介质物理学.科学出版社,1989. 3胡友秋,程福臻,叶邦角.电磁学与电动力学(上册).科学出版 社,2008. 4赵凯华,罗蔚茵.热学(第二版).高等教育出版社,2005.谢谢！中国科学技术大学电磁学小论文竞赛2012年春季全校竞赛二等奖作品少年班学院中国科大电磁学课程组举办2012年6月17日版权所有， 禁止传播
