25.9:

电介质中的高斯定律

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Physics
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Gauss’s Law in Dielectrics
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September 18, 2023

考虑放置在外部磁场中的极性电介质。在这样的电介质中,相邻偶极子上的相反电荷相互中和,使得电介质内的净电荷为零。当极性电介质插入电容器板之间时,由于电介质边缘和金属板界面附近存在净电荷,因此会产生电场。由于外部电场仅对齐偶极子,因此电介质作为一个整体是中性的。在电介质表面感应出等大小的具有相反极性的束缚电荷。这些感应电荷产生一个额外的电场,与之前的外部场相反。

当电介质的分子是非极性的时,会产生类似的效果。非极性分子获得感应电偶极矩,因为外部场导致其正电荷和负电荷分离。非极性分子的感应偶极子与外部电场对齐的方式与极性分子的永久偶极子对齐。因此,电介质内的电场会减弱,无论其分子是极性还是非极性。

充满电介质的电容器由电容器极板上的自由电荷产生的电场和电介质表面感应电荷产生的电场组成。它们的矢量和给出了电容器极板之间电介质内的净电场。该净场由等于净自由电荷和表面电荷之差的有效电荷产生。由于电介质的作用是通过介电常数的因子来削弱原始场,因此高斯定律中的电场项被电场和介电常数的乘积所取代,从而得到电介质中修正的高斯定律。