EM-10 · 静电场
电介质与极化
把电介质放入电场，分子极化，净场减弱。增大相对介电常数 ε_r，亲眼看到偶极子分开、场减弱 ε_r 倍。
增大 ε_r 观察场减弱
把一块电介质板置于均匀外场中。增大相对介电常数 ε_r。内部偶极子分开多少？净场（金色箭头）会怎样？
相对介电常数 ε_rε_r = 3.0
拖动旋转。滑块设置相对介电常数 ε_r。
介质内的净场
E = E₀/ε_r · 净电场减弱为原来的 1/ε_r
P = ε₀(ε_r − 1)E · 分子偶极子排列对齐
净场（相对外部） · 33%
中等
什么是电介质
电介质是几乎没有自由电子的绝缘体。与导体不同，电荷不能自由流动。但施加电场时，分子内的正负电荷会朝相反方向略微错开，形成偶极子。电荷不流动，却在原地稍稍分开。这叫极化。
极化，偶极子排列
施加外场 E₀，无数分子偶极子便沿场方向排列。这种排列程度以单位体积的偶极矩表示，就是极化 P。在体内相邻的 + 与 − 相接抵消，但在两端表面出现未被抵消的束缚电荷——一面铺一层 −，另一面铺 +。
观察E = E₀/εr
介质内净场弱 εr 倍。
净场减弱
表面束缚电荷在电介质内产生与外场相反的电场。它从 + 面指向 − 面，抵消掉 E₀ 的一部分。所以介质内的净场比外面弱。减弱的倍数就是相对介电常数 ε_r：E = E₀/ε_r。空气的 ε_r 接近 1，水约为 80，使场大幅减弱。
选择P = ε₀(?)E
极化是 ε₀ 乘 (εr − 1) 乘场。
D 与介电常数
为了单独处理极化，定义电位移 D = ε₀E + P。在线性电介质中 P 与 E 成正比，于是 D = εE 很简洁，介电常数 ε = ε_r ε₀。D 的好处是不受束缚电荷干扰、只对自由电荷响应。所以用 D 写高斯定律就是 ∮D·dA = Q_free：即使有电介质，也只需数自由电荷。
填空ε = ?
介电常数是相对介电常数乘真空介电常数。
自己来D = ? = εE
电位移是真空项加极化，即 εE。
回到第一屏
在第一屏增大 ε_r，电介质内的偶极子分得更开，表面束缚电荷变浓。它们产生的反向场削减了外场，表示净场的金色箭头越来越短。减弱的倍数正是 ε_r：E = E₀/ε_r。电介质不让电荷流动，仅靠极化就缓和了电场。
把电介质放入电场，其分子极化，正负电荷略微分开。表面的束缚电荷产生与外场相反的场，使净场减弱 εr 倍：E = E₀/εr。极化 P = ε₀(εr − 1)E，介电常数 ε = εr ε₀，电位移 D = ε₀E + P = εE。
接下来的路
电介质天然与电容器成对。把两极板间填满电介质，在相同电压下，场减弱 εr 倍便能多存 εr 倍电荷，于是电容增大为 εr 倍。下一单元(EM-11)处理电容 C = εA/d，精确计算这一效应。