9.1 电介质对电场的影响

两个平行放置金属板,等量异号十Q和一Q
板间空气,近似当成真空。
两板连到静电计直杆和外壳,由直杆上指针偏转测出板间电压来
设电压U0U_0U0,
保持板距和电荷不变,在板间充满电介质,或把两板插入绝缘液体如油中,则发现板间电压变小
UUU插入电介质后两板间的电压

大于1,随电介质种类和状态(温度)不同而不同,
- 相对介电常量(或相对电容率)。

电介质的插入使板间的电场减弱了。

E=E0/εr(9.2)E=E_0/\varepsilon_r\tag{9.2}E=E0/εr(9.2)

即电场强度减小到板间为真空时
why?
可用电介质受电场的影响而发生的变化来说明
这又涉及电介质的微观结构

9.2 电介质的极化

电介质每分子是复杂带电系统,有正负荷
- 分布在线度为10−1010^{-10}10−10体积内,不集中点
但考虑这些电荷离分子较远处所产生的电场时,
- 或考虑一个分子受外电场作用时
- 可认为正电荷集于一点,正电荷“重心”
中性分子,正负电荷电量=
- 分子看成由正、负点电荷隔一定距离组成的电偶极子
电场中的电介质行为时
- 认为电介质由大量微小的电偶极子组成

qqq分子中正电荷或负电荷的电量
l\pmb{l}lll从负“重心”到正的矢距
分子电矩是

p⃗=ql⃗\vec{p}=q\vec{l}p=ql

按电介质的分子内部电结构的不同,把电介质分子分为两大类:
- 极性分子
- 非极性分子

有一类分子,如HCI,H2OH_2OH2O,CO等,
正常情况下,它们内部的电荷分布就是不对称的,因而其正、负电荷的重心不重合。
这种分子具有固有电矩(图9.2(a),称极性分子。
几种极性分子的固有电矩列于表9.2

另一类分子,He,H2H_2H2,N2N_2N2,O2O_2O2,CO2CO_2CO2
正常情況它们内部的电荷分布具有对称性,
- 正、负电荷的重心重合,
- 这样的分子就没有固有电矩,
- 叫非极性分子。
把这种分子置于外电场中,
- 则由于外电场的
- 两种电荷的重心会分开一段微小距离
- 使分子具有电矩(图9.2(b))。
- 叫感生电矩。
实际可得到的电场中,
- 感生电矩比极性分子的固有电矩小得多,
- 后者10−510^{-5}10−5
感生电矩方向总与外加电场方向相同

把一块均匀电介质放到静电场中时,它的分子将受到电场的作用而发生变化,但最后也会达到一个平衡。
如果电介质是由非极性分子,这些分子都将沿电场方向产生感
生电矩,如图9.3(a)。
外电场越强,感生电矩越大。
如果电介质是由极性分子组成,这些分子的固有电矩将受到外电场的力矩作用而沿着外电场方向取向,如图9.3(b)。
由于分子的无规则热运动总是存在的,这种取向不可能完全整齐。
外电场越强,固有电矩排列越整齐

两种电介质受外电场的影响所发生的变化的微观机制不同,但其宏观总效果一样。
电介质内部的宏观微小区域内,正负电荷的电量仍等,仍表现中性。
但电介质表面却出现只有正或只有负电荷的电荷层,如图9.3。
电介质表面的电荷叫面束缚电荷(面极化电荷)
- 它不像导体中的自由电荷那样能用传导的方法引走。
在外电场作用下,电介质表面出现束缚电荷的现象,
- 叫电介质的极化。
外电场越强,电介质表面出现的束缚电荷越多。

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