2.3.2. Поляризация диэлектриков

При отсутствии внешнего электрического поля в диэлектриках, где нет самопроизвольной поляризации, в каждом элементе объёма из-за разупорядоченной ориентации электрических моментов молекул и их взаимной компенсации суммарный электрический момент будет равен нулю. Под действием электрического поля происходит смещение связанных зарядов относительно своих устойчивых положений на небольшие расстояния, т.е. происходит ориентация связанных зарядов внешним электрическим полем. Это явление называется поляризацией.

За счёт упорядочивания расположения связанных зарядов каждый макроскопический элемент объёма будет иметь электрический момент, отличный от нуля и равный сумме всех электрических моментов молекул, находящихся в этом объёме.

Таким образом, электрическая поляризация - это состояние вещества, при котором электрический момент некоторого его объёма отличен от нуля.

На рис. 2.2. схематично показано расположение молекул диэлектрика в неполяризованном (а) и поляризованном (б) состояниях.

а б

Рисунок 2.2 - Расположение зарядов в диэлектрике: а -в отсутствие внешнего поля; б - при приложении внешнего поля

За счёт ориентации молекул в объёме диэлектрика возникает внутреннее электрическое поле с напряжённостью Е_вн., которое направлено против внешнего поля Е. В результате суммарное поле в диэлектрике E_Д будет равно:

E_Д =E-E_вн. > 0 (1)

Для количественной оценки способности диэлектрика поляризоваться или степени поляризации пользуются макроскопической характеристикой (параметром), называемой диэлектрической проницаемостью .

Различают абсолютную * и относительную  диэлектрические проницаемости. Они связаны соотношением

* = ₀ , (2)

где ₀ - электрическая постоянная, равная

₀= 10^-9/36 [Ф /м] = 8,8510 ^-12 [Ф /м] = 8,85 [пФ/ м].

В технике пользуются относительной диэлектрической проницаемостью, которая является безразмерной величиной и определяется соотношением

 = */ _0. (3)

С другой стороны, относительная диэлектрическая проницаемость  показывает, во сколько раз ослабляется внешнее поле в диэлектрике за счёт поляризации (из-за возникновения внутреннего поля), т.е.

(4)

При рассмотрении двух одинаковых по размерам плоских конденсаторов и определении их ёмкости, когда между обкладками одного из них находится диэлектрик, а у другого - вакуум, можно показать, что ёмкость конденсатора с диэлектриком С_д за счёт поляризации больше, чем ёмкость конденсатора С_о без диэлектрика, где нет поляризации.

Следовательно, относительная диэлектрическая проницаемость показывает, во сколько раз увеличивается ёмкость конденсатора с диэлектриком по сравнению с конденсатором того же размера без диэлектрика:

 = С_Д/ С₀ (5)