6.2.2　电介质中的电场强度

如图6.17所示,有一面积为S、相距为d的平板电容器,极板间为真空。若对此电容器充电,使两极板上带等量异号电荷,充电后撤去电源,维持极板上的电荷Q不变,测得两极板间电压为U 0。此时若在两极板间插入各向同性的电介质(如玻璃、硬橡胶等),则会发现伏特计读数变小。伏特计读数与电介质有关,有U=,εr为电介质的相对电容率。空气的相对电容率近似等于1,其他电介质的相对电容率均大于1。

图6.17　电介质中的电场强度

根据匀强电场的性质可知,两极板间电压U=Ed,两极板间距离固定,伏特计读数变小,只能说明两极板间场强变弱。E是如何减小的呢?从平板电容的场强公式E=可知,E减小意味着电介质与极板接触处的电荷面密度σ减小了。但是,极板上的电荷q 0没变,即自由电荷面密度σ0没变。这种改变只能是电介质极化在表面上出现的极化电荷,其面密度为σ′。当电介质受外电场E 0作用发生极化时,电介质出现极化电荷,极化电荷也要产生电场,所以电介质中的电场是外电场E 0与极化电荷产生的电场E′的叠加,即E=E 0+E′,极化电荷的电场与源电场反向,所以E=E 0-E′。因为束缚电荷受到限制,所以束缚电荷比自由电荷少得多,故σ′比σ0少得多。

插入电介质后场强变弱,E=,介质的相对电容率εr=＞1。

上式表明,在两极板电荷不变的条件下,充满均匀的各向同性电介质的平板电容器中,电介质内任意点的电场强度为原来真空时电场强度的。