
【化】 permittivity tensor
【计】 capacitivity
【化】 permittivity
【医】 ***lectric constant
tensor
【化】 tensor
电容率张量(Permittivity Tensor)是描述各向异性电介质材料中电场与电位移关系的二阶张量。在电磁学中,其物理意义可概括为:当电场作用于非对称晶体或各向异性介质时,电容率在不同空间方向上呈现差异性,需用张量形式表征这种方向依赖性。
数学上,电容率张量将电位移矢量(mathbf{D})与电场矢量(mathbf{E})通过线性关系关联: $$ mathbf{D} = epsilon_0 boldsymbol{epsilon}_r mathbf{E} $$ 其中(epsilon_0)为真空电容率,(boldsymbol{epsilon}_r)为相对电容率张量,展开形式为: $$ boldsymbol{epsilon}r = begin{bmatrix} epsilon{xx} & epsilon{xy} & epsilon{xz} epsilon{yx} & epsilon{yy} & epsilon{yz} epsilon{zx} & epsilon{zy} & epsilon{zz} end{bmatrix} $$ 该张量具有对称性((epsilon{ij} = epsilon{ji})),且在主轴坐标系中可简化为对角化形式。
实际应用中,该张量对光波传播特性有决定性影响。例如在单轴晶体(如方解石)中,电容率张量的各向异性会导致双折射现象,这一特性已被广泛应用于偏振光学器件设计。美国国家标准技术研究院(NIST)的实验数据显示,铌酸锂晶体沿不同晶轴方向的电容率分量差异可达20%以上(见NIST材料数据库)。
参考资料:
电容率张量(又称介电常数张量)是描述各向异性电介质材料极化特性的物理量,其核心定义和特性如下:
电容率张量(ε)表示电位移D 与电场强度E 之间的关系,数学表达式为: $$ mathbf{D} = epsilon mathbf{E} $$ 其中,ε 是一个二阶张量(3×3矩阵),而非标量。这是因为各向异性材料(如晶体)在不同方向上的极化响应不同。
相对电容率(εr)是材料电容率与真空电容率(ε₀)的比值: $$ epsilon_r = frac{epsilon}{epsilon_0} $$ εr 同样为张量,且与电极化率张量(χₑ)的关系为: $$ epsilon_r = mathbf{I} + chi_e $$ 其中I 是单位矩阵。
总结来说,电容率张量是处理各向异性介质电磁性质的关键工具,其复杂结构反映了材料在不同方向上的极化能力差异。
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