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第六章 物质中的电场 §6.1 电介质的极化 电磁学 第六章 物质中的电场 §6.1 电介质的极化 电磁学 第六章 物质中的电场 §6.1 电介质的极化 电磁学 第六章 物质中的电场 §6.1 电介质的极化 电磁学 第六章 物质中的电场 §6.1 电介质的极化 电磁学 第六章 物质中的电场 §6.1 电介质的极化 电磁学 第六章 物质中的电场 §6.1 电介质的极化 电磁学 第六章 物质中的电场 §6.1 电介质的极化 电磁学 第六章 物质中的电场 §6.1 电介质的极化 电磁学 第六章 物质中的电场 §6.1 电介质的极化 电磁学 第六章 物质中的电场 §6.1 电介质的极化 电磁学 第六章 物质中的电场 §6.1 电介质的极化 电磁学 第六章 物质中的电场 §6.1 电介质的极化 电磁学 第六章 物质中的电场 §6.1 电介质的极化 电磁学 第六章 物质中的电场 §6.1 电介质的极化 电磁学 第 六 章 物 质 中 的 电 场 * 前面我们讨论了自由空间电磁场的基本方程，实际中电磁场空间往往会有物质，不可避免地存在着物质与电磁场的相互作用。 传导、极化和磁化是物质对电磁场的三种响应，它们分别用物质的电导率 ，电容率 （介电常数）和磁导率 来表征， 三个量反映了物质的电磁特性 ，统称物质的电磁参量。 一般来说，物质的三种性能是同时存在的，但对不同物质有很大的差异，例如银和铜传导几乎是其唯一的电磁性能，云母、橡胶则主要是极化。 * 将物质按三种电磁性能的表现分类，以传导为主的物质称为导体，以极化为主的物质称为电介质，以磁化为主的物质称为磁介质，三类物质统称为介质。 有些物质同时具有两种显著的电磁性能，如铁和镍兼有传导和磁化两种性能，由于实际中大多是利用其磁化性能，故将他们归为磁性物质。 * 一、电介质的极化 相对介电常数 由于电介质中的原子核与电子的结合非常紧密电子处于被束缚状态，一般情况下呈中性。 当电介质处在外电场中时，在电介质中无论是原子中的电子，还是分子中的离子、或是晶体点阵上的带电粒子，在外电场的作用下都会在原子大小范围内移动。当达到静电平衡时，在电介质表面层或体内出现极化电荷的现象叫电介质的极化。 电介质是电阻率很大，导电能力很差的物质，又称绝缘体。 插入介质后，电容器的电容增大了。因电容器极板上电量未变，但两极板之间的电压减小了，表明电容器内部的场强减弱了。介质表面出现了与极板上的自由电荷异号的极化电荷。 实验: 实验结果表明：若电容器两极板之间为真空时，电容器的电容为 ，当电容器内充满同一种均匀电介质后，则电容改变为C，而有 * + + + + + + + + + + 二、原子或分子系统的电矩 为了说明介质的极化机制，先考察原子或分子的某些电学性质。 原子或分子很小，占据的体积只有 ，但内部有复杂的结构，每个原子都具有一个带正电的核和若干个带负电的电子 。原子或分子系统的静电荷虽为零，但它在系统以外产生的电场却不一定为零，在一级近似下，可把原子或分子看作一电偶极子，并用电矩描写原子或分子的电效应，称此电矩为分子电矩 。 * 电介质的相对介电常数 三、电介质极化的微观模型 对于各向同性的电介质可分为两类 无极分子 有极分子 * CH4 H+ C- H+ H+ H+ H2O H+ H+ O- 有极电介质分子，由于正、负电荷中心不重合，这类分子可等效为一个固有电偶极矩为 的电偶极子。 无极电介质分子，由于正、负电荷中心重合，这类分子可等效为固有电偶极矩 的电偶极子。 * 下面介绍电介质的极化机理: 1 无极分子电介质的位移极化 2 有极分子电介质的取向极化 + - + - * 加上外电场后，在电场作用下介质分子正负电荷中心不再重合，形成电偶极子，出现分子电矩（称为感应电矩）。 1 无极分子的位移极化 ? + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - 由于无极分子的极化在于正、负电荷中心的相对位移，所以常叫位移极化。 * 无外电场时，有极分子电矩取向不同，整个介质呈中性。 2 有极分子的取向极化 在外电场中有极分子的固有电矩要受到一个力矩作用，电矩方向转向和外电场方向趋于一致，所以叫取向极化。 + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - - + + - + - + - + - + - +