電介質的結構和極化

電介質的基本特性是在外電場作用下產生極化。當外電場超過某極限值時,電介質即被擊穿而失去介電性能。

按照電介質的結構，可分為兩類。一般的電介質，例如氫氣、它的原子(H)，只有一個電子圍繞著帶正電的原子核旋轉。這個電子的運動速度很大,從宏觀來看,好象是均勻分布在球面上的電荷一樣。這種分布電荷在原子外部所產生的電場，可以看成是集中在球心的點電荷的電場。因此，在正常狀態(tài)下,氫原子的電子的作用中心和帶正電的原子核是重合的。但在外電場作用下，電子和原子核被電場E的力f、f?拉開，偏離原來的位置。這時，每個氫原子都可以看作一對距離極近的一正一負的電荷所組成,叫做電偶極子。這些電偶極子的方向都沿著外電場的方向,因此,在電介質的表面將出現正、負束縛電荷,這就叫做電介質的極化。外電場愈強，電介質表面出現的束縛電荷也愈多，電極化的程度也就愈高。這種極化是一個瞬時過程,當外電場撤消后,正、負電荷的作用中心又將重合而恢復原狀，它與電介質內能量損耗無關。象氫這一類的電介質,它們的原子或分子的正、負電荷的作用中心，在無外電場時是重合的，叫做無極分子。這一類電介質除氫原子外還有甲烷、石蠟、聚苯乙烯等。

還有另一類電介質,如水、有機玻璃等,它們分子的正、負電荷的作用中心，即使在外電場不存在時,也是不重合的，每個分子都相當于一個電偶極子,所以這種分子叫做有極分子。但是,在沒有外電場時,由于熱運動,電偶極子的排列是十分混亂的，整個電介質仍呈中性，對外不起作用。當這種電介質放在外電場中時，電偶極子將轉向沿著外電場的方向，電介質表面就將出現束縛電荷。外電場愈強，電偶極子排列就愈整齊，電極化的程度也就愈高。這類電介質的極化過程在液態(tài)電介質中比在固態(tài)電介質中更為顯著,因為在液體中，分子比較容易轉動。對于非均勻電介質,電極化的結果,除出現束縛面電荷外,其內部還出現束縛體電荷。

分子的熱運動會阻止偶極子的取向作用,因此,這類極化伴隨著能量的耗散。它與前一種極化相比,是一個長時間的過程,因為分子旋轉需要一定的時間。