電介質有效場

電介質有效場是外場存在時，電介質中作用在分子、原子上使之發生電極化的場稱為有效場（或內場）。因為分子(原子)所產生的場不能使各該分子(原子)本身發生電極化，有效場（內場）不同於介質的巨觀場，後者是外加場與介質中所有分子（原子）電極化所產生的場的總和。計算有效場（內場）時，必須把所討論的分子（原子）排除。

電介質有效場

正文

歷史上，首先系統地考慮電極化有效場的，是H.A.洛倫茲。他構想以所討論的分子（原子）為中心，適當的長度為半徑，在介質中作一球。球足夠大，球外分子（原子）對中心的作用，只具長程性質，可作連續介質處理。而球內其他分子（原子）對中心的作用，則帶有短程性，必須考慮介質的具體結構。當介質具有中心反演對稱時，洛倫茲的計算指出，球內其他分子對中心分子的電極化作用互相抵消，而球外則可歸結為空球表面的極化在中心所產生的場,即4πP/3（CGS制）或 P/3εo（SI制），其中P代表介質的電極化強度,εo是真空的介電常數。作用在中心分子上的有效場是

或

，

這叫做洛倫茲有效場或內場，其中Ei代表外加的巨觀場。實踐證明，在討論原子的電子云畸變極化或離子的位移極化時，如果介質具有中心對稱性，則洛倫茲有效場直接適用。如果介質不具對稱中心，洛倫茲對有效場的考慮方法還是可行的，只不過球內其他分子對中心分子的作用，必須根據具體結構進行詳細計算。但是，對於分子具固有電矩的極性物質，採用洛倫茲有效場方法計算極性液體（例如水）的介電常數，所得的理論值比實測值要大得多。L.昂薩格指出，這是由於洛倫茲的方法中過多地計算了周圍分子的極化對於中心分子電矩轉向極化作用的緣故。
昂薩格認為，極性液體介質中，使分子固有電矩發生轉向極化的有效場不是洛倫茲場。原因是，中心分子固有電矩對周圍其他分子所引起的感應極化，反作用於中心分子時，只能使中心分子發生電子云的畸變極化或離子的位移極化，決不能使中心分子電矩發生轉向極化。因此，考慮中心分子固有電矩的轉向極化時，必須確實地把中心分子排除，而且只能排除一個中心分子。換句話說，真正的空球是只包圍一個點電矩分子的。
昂薩格在處理這個極其複雜的問題時，作了很大的簡化假設。首先，他把極性液體的分子看作為一個點電偶極子位於空球的中心，並且假設這空球是處於連續介質中。這樣，他採用巨觀經典電動力學的一般方法來進行計算。雖然方法十分粗糙，但有一定的啟發性。
構想在一個半徑為a的空球中心放著一點偶極矩μo，並假設這空球由介電常數為 ε的連續介質所包圍。偶極矩μo使周圍極化，在沒有外加電場時，周圍介質的感應極化在空球內產生一電場，稱為反作用場 R。如果介質是均勻的，反作用場R與μo同向，自然不會使μo發生轉向。再構想把中心電矩排除（即令μo=0）而加進一個外電場Ei,這時作用於空球內的電場,稱為空球電場G。所以，當外電場存在時，作用於空球中心點偶極子上有效場為

E＝G+R，

用CGS制表示時

，
。

顯然，只有空球電場G才能使μo轉向。為便於比較，將洛倫茲有效場加以改寫得

。

對於極性介質，靜態介電係數（即介電常數ε）比1大得多，洛倫茲有效場E比空球電場G大得多。從而看出，洛倫茲的計算方法，在考慮極性液體介質的轉向極化時，是不適用的。
對於極性不強的液體介質，按昂薩格方法所計算的結果同實驗尚相符合。就這方面說，昂薩格模型比洛倫茲模型有所改進，但昂薩格方法中完全忽略了介質的微觀結構，不考慮分子間的短程作用；從這角度看，昂薩格方法的缺點更為嚴重。
按昂薩格方法計算有效場（內場）時，必須把所討論的分子（原子）排除。問題恰恰出在所要排除的是一個微觀的分子（原子），它的排除必然引起周圍的畸變，而這種畸變又依賴於介質的結構。因此，有效場(內場)問題甚為複雜，尚缺乏令人滿意的理論。

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