§ 10-7  静电场中的电介质

    一、电介质的极化

    绝缘体都属于电介质。在这种物质中,不存在自由电荷,所有电荷都束缚在分子的范围内。因此,电介质在静电场中将表现出与导体根本不同的行为和性质。但有一点却是相似的,就是在静电场的作用下,电介质的表面上也将出现电荷,这种电荷称为极化电荷。电介质出现极化电荷的现象,称为电介质极化。

    在电介质分子中,负电荷一般都不集中于一点,然而对于远离该分子的地方,分布在分子中各处的负电荷的作用,与处于某一位置上的一个等效负电荷的作用相同,那么这个位置就称为分子的负电荷“重心”。同样,分子中的正电荷也存在一个正电荷“重心”。正、负电荷“重心”相重合的分子,称为无极分子,由无极分子构成的电介质,称为无极分子电介质,如H2、N2和CH4等都属此类。正、负电荷“重心”不重合的分子,称为有极分子,由有极分子构成的电介质,称为有极分子电介质,如SO2、H2S、HCl和有机酸等都属此类。

    无极分子电介质在外电场作用下,其分子的正、负电荷“重心”将沿电场的方向发生相对位移,成为电偶极子,产生分子电矩,宏观上表现为电介质表面出现极化电荷。这种极化机制称为电子位移极化。在有极分子电介质中,每一个分子本来就有一定的电矩,由于热运动,这些电矩是混乱取向的,所以宏观上不呈现电性。当受到外电场作用时,分子电矩都在一定程度上转向外电场方向,宏观上也表现为电介质表面出现极化电荷。这种极化机制称为分子取向极化。尽管这两种极化机制在微观上有差异,但宏观效果却是相同的。

    从以上对极化机制的讨论中大家可以看到,虽然电介质中不存在自由电荷,而束缚在分子范围内的电荷作集体地微观位移的结果,却表现出宏观电荷,即极化电荷来。极化电荷属于束缚电荷,当然不能自由运动,也不能转移到其他物体上去。

       
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