电介质中无极分子的位移极化

时间:2023-06-27来源:佚名

  无极分子组成的电介质在无电场作用时,其分子内电荷的代数和为零,且没有分子电偶极矩。当电介质处于外电场中时,分子内的正、负电荷分布将受电场力的作用而发生变化,变化的直接结果是使分子内的正、负电荷重心发生位移错开,形成感生的分子电偶极矩p,而且这些感生的分子电偶极矩p的方向是沿着电场方向规则地排列。

  如果用始端为负电荷重心、末端为正电荷重心的小箭头表示分子的电偶极矩,则在电场E中电介质内分子电偶极矩p的分布如图2.17所示。从图上可以看到,沿电偶极矩排列的方向,相邻电偶极子间的正、负电荷相互靠近而抵消,因而对均匀电介质来说,介质内部各处仍是电中性的。但是在与电场垂直的两个介质端面上的情况就不同了,左端面上出现不能抵消的负电荷,而右端面上出现不能抵消的正电荷,这就是极化电荷。这种由无极分子组成的电介质的极化机制叫做位移极化。极化电荷是不能转移、也不能在介质内自由运动的束缚电荷。

电介质中无极分子的位移极化

  1. 有极分子的取向极化

  电介质由有极分子组成时,分子的固有电偶极矩p在无电场情况下,由于热运动而方向混乱排列,以至于在介质中任一宏观小体积△V内,分子电偶极矩p的矢量和(píng)均来说都为零。当电介质处于外电场中时,由于分子的固有电偶极矩受电场力矩的作用,都将向电场方向转向。由于分子的热运动,这种转向不能使分子的固有电偶极矩完全转到电场方向上,如图2.18所示,只是相对于无电场情况每个分子不同程度地向电场方向转向。当然,电场越强,这种不同程度地转向越明显,分子电偶极矩p越整齐地沿电场方向排列。由于电介质内各个分子不同程度地向电场方向转向,导致介质中任一宏观小体积△V内分子的电偶极矩p 的矢量和艺pip,不再等于零,而且在垂直于电场方向的介质左、右端面上将出现极化电荷,左端面出现负的极化电荷,右端面出现正的极化电荷。这种电介质的极化机制称为取向极化。

  应该指出,位移极化在任何电介质的极化中都存在,而取向极化只是在由有极分子组成的电介质的极化中才存在,但对由有极分子组成的电介质极化来说,取向极化比位移极化强得多(约大一个数量级),因而取向极化是主要的。由无极分子组成的电介质极化中只有位移极化一种极化机制。由于分子内带负电荷的电子的惯性远小于带正电荷的原子核的惯性,所以位移极化主要是由分子内电子的位移形成的,故这种极化也称为电子位移极化。在高频率的振动变化电场作用下,由于分子惯性较大,取向极化跟不上电场的变化,所以这时无论哪种电介质极化,都只是电子位移极化起作用了。

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