什么是电介质?

[拼音]：dianjiezhi

[外文]：dielectric

电工中一般认为电阻率超过 1014欧厘米的物质便归于电介质。电介质的带电粒子是被原子、分子的内力或分子间的力紧密束缚着，因此这些粒子的电荷为束缚电荷。在外电场作用下，这些电荷也只能在微观范围内移动，产生极化。在静电场中，电介质内部可以存在电场，这是电介质与导体的基本区别。电工中常用电介质有：

气体电介质有空气、氢、六氟化硫 (SF6)，

液体电介质有变压器油、石油、纯水，

固体电介质有云母、瓷、橡胶、纸、聚苯乙烯。

电介质处于外加电场中时，会出现电偶极子。电偶极子是指相距很近但有一距离的两个符号相反而量值相等的电荷。例如将氢原子放在一个由某外电源提供的电场中，若外电场为零，常态下电荷分布是球对称的，正负电荷的平均位置重合，不形成电偶极子。若有外电场时，电场将负电荷向下拉，将正电荷向上推，正电荷与负电荷的平均位置不再重合，将形成电偶极子(见图)。

电偶极子在它的周围要产生电场。其特征可用它的电偶极矩p表示，p＝qd。这里q是每个电荷的电量（绝对值）;d 的量值等于两电荷间距离，其方向规定由负电荷指向正电荷。

电介质中电偶极矩的矢量和不为零的现象。电介质可分为两类：一类是非极性电介质（常态下介质内分子的正负电荷的平均位置重合），另一类是极性电介质(常态下介质内分子的正负电荷的平均位置不重合)。在无外电场作用时，非极性电介质分子的等效电偶极矩为零；极性电介质分子由于排列杂乱无章，其等效电偶极矩的矢量和亦为零。在有外电场作用时，非极性电介质分子的正负电荷平均位置相对位移，极性电介质分子的电偶极矩发生转向。这样，都将出现极化现象。极化的程度，可用电极化强度P表示。P为每单位体积内的电偶极矩，即

它是矢量，其单位在国际单位制中是库仑／米2。根据实验，许多电介质的电极化强度P与电场强度E成正比，即

式中ε0为真空介电常数；χ为电极化率，对于各向同性电介质为一标量，对于各向异性电介质为一张量。

某些电介质中偶极分子间作用很强，无外电场时，在小体积内分子互相平行排列，形成有宏观偶极矩的电畴。这种无外电场时电畴内部分子已出现极化的现象称为自发极化。热释电材料、铁电材料均有自发极化。当然，这类有电畴结构的电介质，由于电畴之间的排列无序，故无外电场时，整体上也不显示出极化。

电场强度乘以真空介电常数并与电极化强度相加之合成矢量，即为电位移D

或表示为电介质的本构方程

式中ε为电介质的介电常数。根据高斯通量定理

这表明电位移D的通量是由自由电荷qf发出的。束缚电荷虽然可能影响D的分布，但不会发出D的通量。在有些情况下使用该式更加方便，因为该式等号右端项中不包含束缚电荷。在时变电磁场中，电位移的时间变化率就是位移电流密度。电位移的单位在国际单位制中为库仑／米2(C/m2)。

在电工技术中，电介质主要用作为电气绝缘材料，故电介质亦称为电绝缘材料。随着科学技术的发展，发现一些电介质具有与极化过程有关的特殊性能。如不具有对称中心的晶体电介质，在机械力的作用下能产生极化，即压电性；不具有对称中心，而具有与其他方向不同的唯一的极轴晶体存在自发极化，当温度变化能引起极化，即具有热释电性；当自发极化偶极矩能随外施电场的方向而改变，它的极化强度与外施电场的关系曲线与铁磁材料的磁化强度与磁场的关系曲线极为相似，即具有电滞曲线(铁电性)。具有压电性、热释电性、铁电性的材料分别称为压电材料、热释电材料、铁电材料。这些具有特殊性能的材料统称为功能材料。它是电介质的一个重要组成部分。可用作机械、热、声、光、电之间的转换，在国防、探测、通信等领域具有极为重要的用途。

参考书目

E.M.珀塞尔著，南开大学物理系译：《电磁学》，科学出版社， 北京，1979。(E.M.Pucell， Electricity and Magnetism，Berkeley Physics Course，Vol.2， McGraw-Hill，New York，1965.)