电介质的结构和极化

电介质的基本特性是在外电场作用下产生极化。当外电场超过某极限值时,电介质即被击穿而失去介电性能。

按照电介质的结构，可分为两类。一般的电介质，例如氢气、它的原子(H)，只有一个电子围绕着带正电的原子核旋转。这个电子的运动速度很大,从宏观来看,好象是均匀分布在球面上的电荷一样。这种分布电荷在原子外部所产生的电场，可以看成是集中在球心的点电荷的电场。因此，在正常状态下,氢原子的电子的作用中心和带正电的原子核是重合的。但在外电场作用下，电子和原子核被电场E的力f、f₂拉开，偏离原来的位置。这时，每个氢原子都可以看作一对距离极近的一正一负的电荷所组成,叫做电偶极子。这些电偶极子的方向都沿着外电场的方向,因此,在电介质的表面将出现正、负束缚电荷,这就叫做电介质的极化。外电场愈强，电介质表面出现的束缚电荷也愈多，电极化的程度也就愈高。这种极化是一个瞬时过程,当外电场撤消后,正、负电荷的作用中心又将重合而恢复原状，它与电介质内能量损耗无关。象氢这一类的电介质,它们的原子或分子的正、负电荷的作用中心，在无外电场时是重合的，叫做无极分子。这一类电介质除氢原子外还有甲烷、石蜡、聚苯乙烯等。

还有另一类电介质,如水、有机玻璃等,它们分子的正、负电荷的作用中心，即使在外电场不存在时,也是不重合的，每个分子都相当于一个电偶极子,所以这种分子叫做有极分子。但是,在没有外电场时,由于热运动,电偶极子的排列是十分混乱的，整个电介质仍呈中性，对外不起作用。当这种电介质放在外电场中时，电偶极子将转向沿着外电场的方向，电介质表面就将出现束缚电荷。外电场愈强，电偶极子排列就愈整齐，电极化的程度也就愈高。这类电介质的极化过程在液态电介质中比在固态电介质中更为显著,因为在液体中，分子比较容易转动。对于非均匀电介质,电极化的结果,除出现束缚面电荷外,其内部还出现束缚体电荷。

分子的热运动会阻止偶极子的取向作用,因此,这类极化伴随着能量的耗散。它与前一种极化相比,是一个长时间的过程,因为分子旋转需要一定的时间。