电介质电极化：极化强度和规律

2023-11-19 理论教育版权反馈

【摘要】：图2-6-4外电场作用下的两种电介质电极化强度为偶极矩密度，表达式为，其中pei是第i个分子的电偶极矩，单位是[库仑/米2]，以下将电极化强度矢量简称为极化强度束缚电荷就是指极化电荷。图2-6-5电介质极化规律电介质的极化规律的实验表明：χ称为电极化率或极化率在各向同性线性电介质中它是一个纯数。

电介质是由大量电中性的分子组成的绝缘体。紧束缚的正负电荷在外场中要发生变化。在外电场中电介质要受到电场的影响，同时也影响外电场。

电场中的电介质可视为自由空间中分布着大量的电偶极子，这些电偶极子由中心偏离的一对正、负电荷组成。电介质中的电荷都不是自由电荷，所以不参与导电过程。更确切地说，这些电荷被原子或分子力束缚在一个很小的空间内，在外电场作用下只能在原子或分子范围内略微移动。与决定导电性的自由电荷相对应，称上述结构为束缚电荷。束缚电荷可视为静电场的一种场源，所以不需要引入介电常数作为新的参数或相对介电常数。另一种方法是直接考虑电介质中每一个电荷的作用，若不修正之前的方程则要花很多精力来定义新的领域。需要定性地建立有关电介质的理论，所以将引入电极化强度P、介电常数ε和相对介电常数εr并分析这些物理量之间的定量关系。

无论固体、液体、气体或在自然界中是否结晶，所有电介质都有一个共同特点那就是具有存储电能的性质，这种存储是通过电介质内部的正负电荷抵抗分子或原子力束缚而产生相对位移来实现的。

这种抵抗束缚力的位移类似于提升重物或拉伸弹簧产生的势能。能量来源是外加电场，因为移动电荷的运动会引起流过产生外加电场的瞬变电流。

非极性分子在电场作用下才会有这种电偶极子。负电荷和正电荷以相反的方向进行移动直到电场的作用与它们之间的吸引力相等为止，最后形成一个沿电场取向的电偶极子。在无外场作用下正负电荷中心重合，pi=0， pagenumber_ebook=52,pagenumber_book=45 ，如图2-6-1所示。