23电介质的极化1

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1、静电场中:(1)存在导体时，出现静电感应，其体内，表现出许多特性，如导体等势体等；(2)存在介质时，出现介质极化、极化电荷，其内。本章研究电介质中的静电场性质，是上一章的延续，也是静电学的一般形式，是静电学的难点和重点。§3电介质的极化一、极化现象1、电介质几乎所有的物体在电场中都呈现双重性质。具有介电性的物体称为电介质。理想的电介质是良好的绝缘体，即完全没有导电性的物质，其内部无自由电子，但因物质由分子、原子（核、核外电子）组成，故它们对电场的作用有一定响应，且与电场之间有一定相互作用。2、极化现象现象之一：如图3-1

2、，介质微粒直立，出现极化。（制作砂纸的原理）直流高压电源导体平板电容器图3-1现象之二：如图3-2，两相同电容器，其真空电容量均为，并联地接在同一电源上——恒压。在2电容器内充满介质，则其电容量为，实验告知增大至的倍3－1－5εrCCodε式中反映电介质性质，不同的介质其不同，是一个纯数，有表可查，称为相对介电常数。图3-2[分析]∵相同，、，且∴，或。尽管2电容器极板上自由电荷分布比1电容器大，但1、2两电容器内的电场大小未变：，即，此处的是介质内的总场，，故知介质板上两侧出现极化电荷产生附加场，使激发的场与抵消后仍保

3、持。现象之三：如图3-3，两相同电容器充电后与电源断开，带电恒定，测量充满介质和不充介质两情况下极板间的电压。实验告知：，如何解释成因？+Q-Q+Q-Q+Uo-+U-图3-33－1－5一定,,表明引入介质使电容器两板间场，而原来的在介质内变成，即充介质后板间的电场变弱，有一种“屏蔽”作用——极化现象。这是因为：介质表面出现上“-”、下“+”电荷产生退极化场，抵消了原场的一部分，使介质内总场，此与导体中感应电荷激发的不同，它不足以完全抵消而使。以后我们以极化电荷代替介质对场的影响，这些极化电荷是介质内束缚电荷的微小移动造成

4、的宏观效果。3、介质的击穿场强电介质除能使电容器的电容量增大外，还能提高电容器的耐压能力。当电介质中的电场超过某一极限值时，介质的绝缘性能会被破坏，此现象叫电介质的击穿，该场强的限值叫电介质的介电强度或击穿场强。例如：空气：；云母：。二、极化的微观机制宏观电磁理论仅深入至物质分子、原子的层次研究问题。1、电介质的分类（考虑无外场时）组成介质的分子或原子，系统净电荷为零，据等量正、负电荷中心重合进行对电介质分类：OCO-q/2+q-q/2CO2分子无极分子——电介质分子的正、负电荷中心重合。例如：分子，如图3-4所示，其中

5、，，即分子电矩为零。图3-43－1－5有极分子——电介质分子正、负电荷之中心不重合。即使分子，但正、负电荷形成一固有电偶极矩。例如：分子，如图3-5所示，其中，有分子固有电偶极矩。+HO1050-H+图3-5无极分子组成的电介质，因每个分子对外不显电性，故整体介质对外不产生场；有极分子组成的电介质，虽然，但因排列杂乱无序，宏观小体积中，宏观上仍对外不显电性，即不产生场。综上可见，是研究物质电性质的基元。2、电介质极化的分类（考虑有外场时）当电介质放在外场（称之为极化场）中，电介质发生极化，出现极化电荷（、，或称为束缚电荷

6、），激发电场（称为退极化场，或附加场）。但两类介质极化的微观机制有别：(1)无极分子的位移极化无极分子的正、负电荷中心重合，加外场，将出现感应电矩，此过程可视为正电重心（核）未动，而电子逆场位移——位移极化，如图3-6所示。3－1－5图3-6(2)有极分子的取向极化外场对有极分子的有力矩作用：，使转向/趋向外方向，使杂乱的各有向排列。越强，有向排列越好。各在方向取向——取向极化。无序有序，各向同性取向优化。[综述]一般地，以上兼而有之，在有极分子介质中取向极化占优势。无论何种极化，外场都要对介质分子做功，即介质储能、耗能

7、。至于分子电矩是固有的，还是感生的，对产生附加电场并无两样，在这个意义上可不予区别。以后常用位移极化微观模型来研究问题。3－1－5