导体和电介质应用

时间：2018-06-07

电磁场对物质的作用和物质对电磁场的响应是一个宏大的研究课题，因为它不仅意味着对电磁场研究的深入，而且意味着对物质
   电磁性研究的开始，本文讨论静电场对物质的作用对静止场的响应，这是对物质电磁性质研究迈出重要的第一步。
   静电场何以会对宏观上处处电中性的物质有所作用呢？笼统地说、固定、液体、气体都由分子、原子组成，原子又由带负电的电子和带正电的原子核组成，因此尽管宏观上处处电中性，但静电场对吧电子、原子核的相反作用，会使电中性受到破坏，出现某种宏观的电荷分布并产生附加电场，换言之，静电场对物质作用的内在根据是物质固有的电结构，作用后出现的宏观电荷分布和附加电场是物质对静电场的响应，两者相互影响，相互制约、最终达到平衡，人们正是通过对相关现象的观察、分析、解释、逐步由表及里地达到对物质电磁性质乃至内在电磁结构的认识。
   时间万物，种类繁多，结构性质，差别显著，相关过程，千变万化。导体和电介质（绝缘体）的区分，为研究静电场对物质的作用和物质的电性质打开了居民。
   顾名思义，所谓导体指的是能够导电的物体，即电荷能够转移或传导到各处的物体，金属、石墨、电解液(酸、碱、盐的水溶液)，人体、地球、电离气体、等离子体等都是导体，导体所以能够导电，是因为其中存在着大量可以自由移动的电荷——自由电荷，以金属为例，在金属原子中，原子核对最外层电子（价电子）的作用力较弱，当受到某种影响时，价电子很容易摆脱原子核的束缚，在整个金属中自由移动，成为自由电子，原子中失去价电子的其余部分是带正电的正离子，排列成整齐的点阵，称为晶格（曾称为晶体点阵），自由电子在晶格间作无规则的热运动，又如，当酸、减、盐溶于水时，会电离成正离子或负离子，它们就是可在电解溶液中自由运动的自由电荷。
    所以，导体的基本特征是，存在着大量的作无规则热运动的自由电荷，例如，在金属中，自由电子的数密度可达1022个/cm3,当金属本身不带电也不受电场作用时，自由电子的负电荷与晶格的正电荷在宏观上处处相等，呈电中性，加外电场后，自由电子受电场力作用，除热运动外，还要相对于晶格作宏观的定向运动，造成某种宏观的电荷分布并产生附加电场，附加电场与外电场之和为总电场，它改变了外电场的分布，又将影响自由电子的运动，经过相互影响、相互制药的复杂过程，最终达到平衡。
   电介质又称绝缘体，是指不导电的物质，其中的电荷被束缚在原子范围内不能宏观移动，称为束缚电荷或极化电荷，原先宏观上处处电中性的电介质，在外电场的作用下，达到平衡后，会出现某种宏观的电荷分布并产生附加电场，这两种现象分别称为静电感应或极化。（对于导体，如果原先带电，则加外电场并达到平衡后，电荷分布会有所改变，这种现象也称为静电感应。）
   就导电性能而言，理想的导体和理想的电介质（绝缘体）试两个极端，实际上许多物体导电性能介乎其间，静电感应和极化往往并存，但有主次之分，而且，在一定条件下（例如高温或低温，在例如高电压）导体和绝缘体的导电性能会发生显著的变化，甚至相互转化。