第11章　在电介质内部

§11-1　分子偶极子

在本章我们将讨论为什么某些材料会是电介质。我们在上一章中曾说过：当一电场作用于电介质上时，场将在原子中感生一偶极子。一旦领会了这点，我们就可能理解那些含有电介质在内的带电系统的性质。具体地说，若电场E在单位体积里感生了一个平均偶极矩P，则介电常量κ由下式给出：

　（11.1）

我们已经讨论过如何应用这个方程。现在我们得讨论当材料内部存在电场时极化发生的机制。从最简单的可能例子——气体的极化——谈起。但即使是气体，已经较复杂。气体存在两种类型。某些气体，如氧气，它们的每个分子含有对称的原子对，因而不会存在内禀偶极矩。但其他分子，如水蒸气（含有氢和氧两种原子的非对称排列），则有一永久电偶极矩。正如我们在第6章中曾经指出的那样，在水蒸气分子中的那些氢原子上存在着平均正电荷而氧原子则带有负电荷。由于负电荷的重心与正电荷的重心不一致，所以该分子的总电荷分布就具有偶极矩。像这样的分子叫作极性 分子。在氧中，由于分子的对称性，正电荷重心与负电荷重心重合，因而氧分子就是一个非极性 分子。然而，当氧被置在电场中时，它仍然会变成一个偶极子。这两种类型的分子形状如图11-1所示。

图11-1　（a）氧分子具有零偶极矩；（b）水分子具有永久偶极矩p0