電子極化

一般在不加電場的情況下。構成電介質的原子或分子中的正負電荷重心重合，宏觀上不顯電性。當把電介質置於電場中時，原子或分子中的正電荷順着電場方向移動，負電荷逆着電場方向移動，使正負電荷的重心分離。便在電介質中形成了感應偶極矩。一般把這種現象稱為原子或分子極化。上圖《原子或分子極化》所示表示了在外施電場作用下電介質中的原子或分子中正、負電荷的這種分佈狀態。圖中電介質兩個表面所積累的正負電荷稱為極化電荷。如設電介質表面積為A，厚度為d，極化電荷面密度為σ'，則電介質兩個表面積累的正、負電荷所形成的感應偶極矩：

方向由負電荷指正電荷，單位為C·m（庫侖·米）或D（德拜，1D＝3.33 × 10^-30C·m），由於這個物理量與電介質的幾何參數有關，用它來表示電介質極化的大小並不十分方便。為此，引入一個新的物理量——極化強度，它的具體含義是電介質單位體積中電偶極矩的向量和，如用P表示極化強度，則：

式中，ΔV＝Ad 為電介質的體積。

依據原子或分子在靜電場中的分佈，極化主要可以分成以下三類：電子極化、原子極化、偶極子極化。在下表中表示了這三種極化的模型圖。 ^[2] 

電子極化和原子極化都是電場作用下正、負電荷發生相對位移產生的．所以稱為位移極化。偶極子極化是由於電場作用下固有偶極子發生轉向形成的，所以又稱為轉向極化。

如果材料受到一個外電場E的作用，原子核和電子雲的正、負電荷沿相反方向發生位移，從而產生極化。這樣，原子就成為一個暫時的或者感應的偶極子。所有的材料，不論其固態下為何種類型的鍵合，都能發生這種極化。如果去掉外加電場，極化隨之消失。由於外施電場而產生偶極矩稱為感應偶極矩（induced dipole moment）。在這種形式的極化中，電場使正、負電荷相互分離的作用力與由於正、負電荷間互相吸引的庫侖引力（束縛力）相互平衡而產生偶極矩。這兩種力都是電作用力，具有與温度無關的特點。 ^[3] 

在上圖《電子極化》中給出了電子極化模型。在不加電場的情況下，原子序數為Z的原子中的電子雲在半徑為R的球內均勻分佈，電子雲的負電荷重心與原子核的正電荷重心重合，不顯電性。加電場E後，假定電子雲分佈不變，只是與原子核產生相對位移r，這種情況下，作用在原子核上的力有兩個：一個是電場力ZeE_i；另一個是半徑為r的球內所容納電子電荷與原子核的電荷Ze間的庫侖力。二者平衡時，下式成立：

式中，E_i為作用在電子上的電場強度。由於它有別於外施電場強度E，所以把它稱為內電場強度，一般用E_i表示。整理上式得半徑r：

根據感應偶極矩μ的定義，可得：

由上式可知，感應偶極矩與電場強度E_i成正比，所以可將上式改寫為：

式中，α_e稱為電子極化率，它表示在單位電場強度作用下，每個分子或原子在電場E_i方向感應的偶極矩。

比較以上兩式，易知： ^[2]