9 Электрическое поле в диэлектриках. Полярные и неполярные диэлектрики.

Диэлектрик (изолятор) — материал, плохо проводящий или совсем не проводящий электрический ток. Концентрация свободных носителей заряда в диэлектрике не превышает 108 см−3. Основное свойство диэлектрика состоит в способности поляризоваться во внешнем электрическом поле.

Диэлектрики бывают полярные и неполярные.

Связанные заряды проявляют в диэлектрике свои свойства под действием внешнего электрического поля соблюдая правила:

1. связанные заряды не перемещаются по веществу под действием внешнего поля.

2. связанные заряды не могут передаваться с одного тела на другое.

В исходном состоянии связанные заряды могут перераспределяться двумя способами:

1. общий центр " -" зарядов может совпадать с центром " +" зарядов (например, в атоме центр " +" зарядов (ядро) может совпадать с центром " -" зарядов (центр окружностей вращающихся электронов));

2. общий центр " +" зарядов не совпадает с общим центром " -" зарядов.

Тогда первые называются неполярные диэлектрики, а вторые называются полярные диэлектрики: например, Н₂, N₂, ССl₄, CO₂, O₂, ... , неполярные NaCl, и другие соли - полярные.

В диэлектрике наличие электрического поля не препятствует равновесию зарядов. Сила, действующая на заряды в диэлектрике со стороны электрического поля, уравновешивается внутримолекулярными силами, удерживающими заряды в пределах молекулы диэлектрика, так что в диэлектрике возможно равновесие зарядов, несмотря на наличие электрического поля.

При достаточно большой напряженности поля и в диэлектрике возможно заметное перемещение зарядов, ведущее к пробою диэлектрика.

10 Поляризация диэлектриков. Вектор поляризации. Дипольный электрический момент

Поляризация представляет собой обратимое смещение электрически заряженных частиц, входящих в состав диэлектрика, при приложении к нему электрического поля.

Поляризация диэлектрика - состояние диэлектрика, которое характеризуется наличием электрического момента у любого элемента его объема. Различают поляризацию, возникающую под действием внешнего электрического поля, и спонтанную (самопроизвольную) поляризацию, существующую в отсутствие поля. В некоторых случаях поляризация диэлектрика появляется под действием механических напряжений, сил трения или вследствие изменения температуры. Поляризация не изменяет суммарного заряда в любом макроскопическом объеме внутри диэлектрика. Однако она сопровождается появлением на поверхности диэлектрика связанных электрических зарядов с поверхностной плотностью δ. Эти связанные заряды создают в диэлектрике дополнительное макроскопическое поле с напряженностью Е1, направленное против внешнего поля с напряженностью Е0. Результирующая напряженность поля Е внутри диэлектрика Е=Е0-Е1.

Для характеристики диэлектрика вводится величина, равная отношению результирующего дипольного момента к объему диэлектрика V, которая называется поляризованностью (вектор поляризации)

В неполярных диэлектриках

где n₀ – объемная концентрация молекул в диэлектрике.

Дипольный момент — физическая величина, характеризующая электрические свойства системы заряженных частиц. Для системы из N частиц дипольный момент равен:

где — заряд частицы с номером i, а — её радиус-вектор; — число положительно/отрицательно заряженных частиц, N = + , — их заряды.

Дипольный момент нейтральной системы зарядов не зависит от начала координат, а определяется относительным расположением (и величинами) зарядов в системе.

В случае диполя (две частицы с разноимёнными зарядами) электрический дипольный момент равен произведению положительного заряда диполя на расстояние между зарядами и направлен от отрицательного заряда к положительному.

Магнитный дипольный момент контура с током пропорционален произведению силы тока на площадь контура и направлен перпендикулярно плоскости контура так, что с его конца ток виден текущим против часовой стрелки.

Дипольный момент определяет электрическое (магнитное) поле диполя на большом расстоянии от него, а также воздействие на диполь внешнего электрического (магнитного) поля.

Дипольный момент молекул измеряется в Дебаях.