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电偶极子的电场讨论 姓名：乔霞芳 (09物理教育专业 准考证号：412410100009 ) 【摘要】→无穷大时，E→0。 电场力是矢量，它服从矢量叠加原理。那么，电场强度矢量是不是也服从呢？如果以F1、F2、…、Fk分别表示点电荷q1、q2、…、qk单独存在时电场施予空间同一点上试探电荷q0的力，则它们同时存在时，电场施予该点试探电荷的力为F1、F2、…、Fk的矢量和，即 F=F1+F2+…+Fk 将此式除以q0，得到 E=E1+E2+…+Ek 式中E1=F1/q0，E2=F2/q0，…，Ek=Fk/q0分别表示q1，q2，…，qk单独存在时在空间同一点的场强，而E=F/q0代表它们同时存在时该点的总场强。由此可见，点电荷组所产生的电场在某点的场强等于各点电荷单独存在时所产生的电场在该点场强的矢量叠加。电场强度矢量满足矢量的叠加原理。 电场线 为了形象的描述电场分布，通常引入电场线（旧称电力线）的概念。它是一种假想的线，并不实际存在。利用电场线可以对电场中各处场强的分布情况给出比较直观的图像。对于正点电荷来说，电场线是以点电荷为中心，向四外辐射的直线；对于负点电荷来说，电场线是以点电荷为中心，向内汇聚的直线，如图1-2所示： 正点电荷 负点电荷 一对等量异号电荷 图1-2 电偶极子的概念形成、电偶极矩 电偶极子是由一对靠的很近的等量异号电荷构成的带电体系。实际中电偶极子的例子很多，如在外电场的作用下电介质（即绝缘体）的原子或分子里正、负电荷产生微小的相对位移，形成电偶极子；当一段金属线（无线电发射天线）里电子做周期性运动，使得金属线的两端交替地带正、负电荷，形成振荡偶极子。电偶极子是一个理想模型，它的特征是用电偶极矩p=ql来描述的，其中l是两点电荷之间的距离，l和p的方向规定为由-q指向+q。 电偶极矩也称电矩。若以E表示匀强电场的场强，l表示从-q到+q的矢量，E与l之间的夹角为β(如图2-1）。 则根据场强的定义，正负电荷所受的力分别为F+=Eq，F-=-Eq，且它们大小相等、方向相反，合力为0.然而F+、=F-的作用线不同，二者组成力偶。它们对于中点O的力臂都是（lsinθ）/2。对于中点O，力矩的方向相同，因而总力矩为 L=F+（lsinθ）/2+F-（lsinθ）/2=Eqlsinθ 可见，当θ=90度时力矩最大，θ=0或180度时力矩为0。上式可写成L=E*ql极子在单位外电场下可能受到的最大力矩简称电矩。记为 p=ql，它是与电偶极子本身有关的量q与l的乘积。 电介质中的电偶极子 一类电介质分子的正、负电荷中心不重合，形成电偶极子，称为有极分子；另一类电介质分子的正、负电荷中心重合，称为无极分子，但在外电场作用下会相对位移，也形成电偶极子。 电介质的静电特性。大家知道，导体的特点是其内部存在大量可自由移动的电子。与导体不同的是，构成电介质的分子中，原子核和电子之间的引力相当大，使得电子和原子核结合得非常紧密，电子处于束缚状态。所以，在电介质内几乎不存在可自由运动的电荷。即使把电介质放到外电场中，电介质中的电子也无法摆脱原子核的引力而自由移动。　电介质可分成两类：有些材料，如甲烷、石蜡、聚苯乙烯等，它们的分子正、负电荷中心在无外电场时是重合的，这种分子叫做无极分子 ；有些材料，如水、有机玻璃、聚氯乙烯等，即使在外电场不存在时，它们的分子正、负电荷中心也是不重合的，这种分子相当于一个有着固有电偶极矩的电偶极子，所以这种分子叫做有极分子。当无外电场时，无极分子电介质中分子正、负电荷中心在无外电场时是重合的，宏观上没呈现电性。当存在外电场E0时，在电场力作用下每个分子中的正、负电荷中心将发生相对位移，形成一个电偶极子，它们的等效电偶极矩p的方向都沿着电场的方向。在电介质内部，相邻电偶极子的正负电荷相互靠近，如果电介质是均匀的，则在它内部仍然处处保持电中性，但在电介质的两个和外电场强度E0相垂直的表面层里(厚度为分子等效电偶极矩的轴长l)，将分别出现正电荷和负电荷，我们称之为极化电荷。这种在外电场作用下，在电介质中出现极化电荷的现象叫做电介质的极化。由于无极分子的极化是正、负电荷中心的相对位移而引起的，所以常叫做位移极化。因而存在电介质时，空间任一一点的总的电场强度E应等于外电场E0与极化电荷产生的电场产生的电场E的和，即E=