电介质
电介质
分子的极化
有极分子可以视为一个电偶极子。施加外电场后，分子自身的方向会倾向于和电场线方向相同，产生相对定向的排列。在介质的内部，磁偶极子的正负抵消，但在介质的两端感应出的正负无法抵消，产生了等效感应电荷，这称为分子的极化（polarization）。
实验表明，在弱电场下，材料分子极化产生的电场强度 E' 与外电场 E_0 成正比，从而合电场 E = E_0 - E'，可以写为
E = \frac{E_0}{\varepsilon_r}.
其中的 \varepsilon_r 称为材料的相对介电常数。
导体可以视为特殊的电介质，其极化能力强大到可以抵消掉外电场，导体的相对介电常数 \varepsilon_r = \infty。
复杂极化
严格来说，极化并不一定严格地与外电场成正比，E = \frac{E_0}{\varepsilon_r} 只是弱电场下的近似。在真实材料中：
- 当外电场很强时，极化不再服从线性
- 极化可能拥有各向异性
- 例如石墨单晶体，其层内是一个金属晶体，相对介电常数为无穷大；层间靠微弱的 van der Wallis 力吸引，是一个分子晶体，拥有有限的介电常数。此时石墨拥有各向异性，不能使用一个简单的数来描述其极化性质
- 一些材料在没有外加电场时也会极化。
电介质的 Gauss 定理
电位移矢量
定义：
\boldsymbol{D} = \varepsilon_0 \boldsymbol{E} + \boldsymbol{P}
对于各向同性介质，有：
D = \varepsilon E.
Gauss 定理
\displaystyle {\int\kern{-15mu}\int\kern{-20mu}{\unicode{x2B2D}}\,\,}_{\kern{-15mu} \Sigma} \boldsymbol{D} \cdot\mathrm{d}\boldsymbol{S} = q_{\text{f}}.
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