欧阳科创编 2021.02.05
溶液法测定极性分子的偶
极矩
时间：2021.02.05 创作：欧阳科 一、实验目的
了解电介质极化与分子极化的概念，以及偶极矩与分子极化性质的关系。掌握溶液法测定极性分子永久偶极矩的理论模型和实验技术，用溶液法测定乙酸乙酯的偶极矩。
二、实验原理
德拜（Peter Joseph William Debye）指出，所谓极性物质的分子尽管是电中性的，但仍然拥有未曾消失的电偶极矩，即使在没有外加电磁场时也是如此。分子偶极矩的大小可以从介电常数的数据中获得，而对分子偶极矩的测量和研究一直是表征分子特性重要步骤。
1、偶极矩、极化强度、电极化率和相对电容率（相对介电常数）
首先定义一个电介质的偶极矩（dipole moment）。考虑一簇聚集在一起的电荷，总的净电荷为零，这样一堆电荷
?p的偶极矩是一个矢量，其各个分量可以定义为
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式中电荷qi的坐标为(xi,yi,zi)。偶极矩的SI制单位是：C?m。
将物质置于电场之中通常会产生两种效应：导电和极化。导电是在一个相对较长的（与分子尺度相比）距离上输运带电粒子。极化是指在一个相对较短的（小于等于分子直径）距离上使电荷发生相对位移，这些电荷被束缚在一个基本稳定的、非刚性的带电粒子集合体中（比如一个中性的分子）。
?一个物质的极化状态可以用矢量P表示，称为极化强度?（polarization）。矢量P的大小定义为电介质内的电偶极矩
密度，也就是单位体积的平均电偶极矩，又称为电极化密度，或电极化矢量。这定义所指的电偶极矩包括永久电偶
??2极矩和感应电偶极矩。P的国际单位制度量单位是C?m。为?P取平均的单位体积当然很小，但一定包含有足够多的分?子。在一个微小的区域内，P的值依赖于该区域内的电场强?度E。
在这里，有必要澄清一下物质内部的电场强度的概念。
?在真空中任意一点的电场强度E的定义为：在该点放置一个
电荷为dq的无限微小的“试验电荷”，则该“试验电荷”所受到
?E的力为dq。当将这个定义应用到物质内部时，在原子尺度
上会引起巨大的电场涨落。为此，物质内部某一点的宏观
?电场强度E定义为在该点邻近的小区域内原子尺度电场强度
的平均值，这个小区域当然比通常标准要小得多，但仍足
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以容纳足够多的分子。
在电磁学中，电介质响应外加电场而极化的程度可以用电极化率?（electric susceptibility）来度量，在各向同性、线性和均匀的电介质中，电极化率?的定义为
??P??0?E（18-1）
式中
?0?8.85418782?10?12F?m?1，为真空电容率（vacuum permittivity），或真空介电常数（vacuum dielectric constant）。
??可以用电位移矢量D来表示电场E如何影响电介质中电荷的?重排（包括电荷迁移和电偶极转向等），D矢量的定义为 ???D??0E?P（18-2）
??由此得到电位移矢量D正比于电场强度E ???D??0(1??)E??E（18-3）
式中?为电介质的绝对电容率（absolute permittivity），也称为介电常数（dielectric constant）。
定义相对电容率（relative permittivity）?r
也称为相对介电常数（relative dielectric constant）。据此得到电极化率与相对电容率的关系为
???r?1??D??0?rE（18-4）
在真空中，电极化率??0。
由此可见，电容率和介电常数其实是一个概念。介电常数是在介质内部形成电场时遇到的阻碍程度的度量，也就
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偶极矩,介电常数之欧阳科创编
