电介质的极化dianjiezhi de jihua

在外电场作用下，电介质显示电性的现象。一般情形下，电介质宏观上并不显示出电性。在外电场作用下，束缚电荷的局部移动导致其宏观上显示出电性，在电介质表面和内部不均匀的地方出现宏观电荷，这种现象称为极化。这种由于极化而出现的宏观电荷叫做极化电荷（也称为束缚电荷）。体元△ι内的极化电荷除以△ι就是该点的极化电荷体密度。类似地，在极化了的电介质表面存在极化电荷面密度。为明确起见，把不是由于极化而引起的宏观电荷叫做自由电荷。例如电介质由于摩擦或与带电体接触而呈现的宏观电荷以及导体由于失去或得到自由电子而呈现的宏观电荷都属于自由电荷。按极化的微观机制，可分为：无极分子的位移极化和有极分子的取向极化。位移极化还有两种情况，一是 如H₂、N₂等气体分子，由于电子质量比原子核质量小得多。在电场力的作用下，电子重心沿场强的反方向移动了一段位移。每一分子形成一小的电偶极子，电偶极子的电偶极矩p∝E，并沿外电场方向排列起来(图1)。这种无极分子的极化常称为电子位移极化。另一类是由正、负离子组成的电介质在外电场中正、负离子沿场强正、反方向移动了一段位移，形成电偶极子，电偶极子的电偶极矩p∝E，其结果也如图1，这种极化称为离子极化。均匀介质的位移极化的结果是在表面出现极化面电荷。有极分子电介质，每一分子都有一电矩p，但在无外场上时，由于热运动宏观不显电性。在外电场作用下，每一分子电矩p都受到一力矩作用，使分子电矩向E方向转向，但由于热运动，这种取向并不完全，即所有分子偶极子不是很整齐地顺外电场方向排列(图2)。
当然，E越强，取向也就越整齐。这种极化机制称为取向极化。均匀介质的取向极化的结果也是在表面出现极化面电荷。位移极化在任何电介质极化时都存在，而取向极化只对有极分子存在。但在有极分子构成的电介质中，取向极化比位移极化约大一个数量级，因而取向极化是主要的。在很高频率的电场中，由于分子的惯性较大，取向极化跟不上外电场的变化，而电子的惯性小，所以这时，无论哪种电介质，只剩下电子位移极化机制起作用。

图1

图2

电介质的极化

电介质在外电场作用下其表面或内部出现正负束缚电荷的现象。电介质按其分子微观结构的不同，可分为有极分子和无极分子两类。它们的极化机制也不同，前者称取向极化，后者称位移极化。