如果我们更深入地进行上面的分析,便会发现,关于完全导电性与完全绝缘性范围的概念并不是必要的。每一个小球的作用就像一个电偶极子,而其偶极矩则是由外电场感生的。对于理解电介质所唯一不可缺少的东西是:在该材料里感生了许许多多个小偶极子。是否由于具备一些小导电球体或由于其他原因才会感生那些偶极子,却是无关紧要的。
图10-4 电场中原子的电子分布,其中电子相对于核来说已有了移动
如果原子不是一个导电球体,那电场为什么会在原子中感生一个电偶极矩呢?这一课题将留在下一章中做较详尽的讨论,内容会涉及介电材料的内部机制。然而,我们在这里要举出一个例子以显示一种可能的机制。一个原子在其核上带有正电荷,而在其周围则有一些负电子。当处于电场中时,核会被吸引向一方,而电子向另一方。电子的轨道或波形(或用任何一种量子力学图像)将在某种程度上变了形,如图10-4所示,负电荷的重心将移动而不再与核上的正电荷相重合。这样的一种电荷分布我们曾经讨论过。若从远处看,则这么一个电中性位形在一级近似下它相当于一个小的电偶极子。
这样说似乎更合理:若场不太强,则所感生的偶极矩将与场成正比。这就是说,弱电场将把电荷稍微移动一点,而强电场则把它们移动得多些——总是与场成正比——除非位移变得太大。在这一章的其余部分,我们将假定电偶极矩严格地与场成正比。
现在我们将设想,在每一原子中存在间距为δ的两个电荷q,因而qδ就是每一原子的偶极矩(我们采用δ,因为已把d用于两极板的间距了)。设单位体积中含有N个原子,则单位体积的偶极矩 等于Nqδ。这个单位体积偶极矩将用矢量P来代表。不用说,它处在各个电偶极矩的方向,也就是处在电荷位移δ的方向:
P=Nqδ. (10.4)
一般说来,在电介质里面P将随位置而改变。可是,在材料中的任一点,P与电场E成正比。这个比例常数取决于电子移位的容易程度,它将与构成该材料的原子种类有关。
实际上是什么东西在决定这个比例常数如何表现,对十分强大的场这个常数保持不变会准确至什么程度,以及在不同材料内部会有什么事情发生,关于这些我们都将在以后讨论。目前,我们将简单假定,存在一种与电场成正比的感生电偶极矩的机制。