极化强度与电场强度成正比的电介质,是什么介质?

9-2 静电场中电介质
电介质的主要特征是它的分子中电子被原子核束缚得很紧,即使在外电场作用下,电子一般只能相对于原子核有一微观的位移,而不象导体中的电子那样,能够脱离所属原子作宏观运动.因而电介质在宏观上几乎没有自由电荷,其导电性很差,故亦称为绝缘体.并且,在外电场作用下达到静电平衡时,电介质内部的场强也可以不等于零.
从分子由正、负电荷中心的分布来看,电介质可分为两类.一类电介质,如氯化氢(HCl)、水(H2O)、氨(NH3)、甲醇(CH3OH)等,分子内正、负电荷的中心不相重合其间有一定距离,这类分子称为有极分子(左图(b)).其电矩为
(注：此处,的方向自负电荷中心指向正电荷中心,与 同方向,称为分子电矩；整块的有极分子电介质,
可以看成无数分子电矩的集合体(上左图(a)).
另一类电介质,如氦(He)、氢(H2)、甲烷(CH4)等,分子内正、负电荷中心是重合的,因而 ,故分子电矩 .这类分子称为无极分子(上右图(b′)).整块的无极分子电介质如上右图(a') 所示.
电介质在外电场中的极化
当无极分子处在外电场 中时,每个分子中的正、负电荷将分别受到相反方向的 电场力 、 作用而被拉 开,导致正、负电荷中心发生相对位移 (左图(c′)).
对于整块的无极分子电介质来说,在外电场作用下,由于每个分子都成为一个电偶极子其电矩方向都沿着外电场的方向,以致在和外电场垂直的电介质两侧表面上,分别出现正、负电荷.这两侧表面上分别出现的正电荷和负电荷是和介质分子连在一起的,不能在电介质中自由移动,也不能脱离电介质而独立存在,故称为束缚电荷或极化电荷.在外电场作用下,电介质出现束缚电荷的这种现象,称为电介质的极化.
当有极分子电介质在有外电场 时,每个分子电矩都受到力偶矩作用(右图),要转向外电场的方向(参阅§10-06).但由 于分子热运动的干扰,并不能使各分子电矩都循外电场的方向整齐排列.外电场愈强,分子电矩的排列愈趋向于整齐.对整块电介质而言,在垂直于外电场方向的两个表面上也出现束缚电荷(左下图).如果撤去外电场,由于分子热运动,分子电矩的排列又将变得杂乱无序,电介质又恢复电中性状态.但也有一些电介质在撤去外电场后,在表面上仍可留驻电荷,这种电介质称为驻极体.驻极体元件或器件,在当前工业和科技领域中应用日渐广泛.
上面所讲的两种电介质,其极化的微观过程虽然不同,但却有同样的宏观效果,即介质极化后,都使得其中所有分子电矩的矢量和 ,同时在介质上都要出现束缚电荷；而且电场越强,电场对介质的极化作用越剧烈,介质上出现的束缚电荷也就越多.因此,在宏观上表征电介质的极化程度和讨论有电介质存在的电场时,就无需把这两类电介质区别开来,而可统一地进行论述.
电极化强度
从以上所述可知,电介质极化程度取决于介质内分子的极化程度,而介质内分子的极化程度又可用其中所有分子电矩的矢量和 的大小和方向来表征.为此,我们在电介质中任取一体积元力 (其中仍包含有大量分子),在没有外电场时,

C

c