Вектор поляризации. Напряженность поля в диэлектрике.
Степень поляризации диэлектрика характеризуется векторной величиной, называемой поляризованностью, которая определяется как дипольный момент единицы объема диэлектрика.
– дипольный момент
отдельно взятой молекулы,
– концентрация атомов или молекул в
объеме
.
Для изотропного
диэлектрика поляризованность
пропорциональна напряжённости поля
внутри него:
,
– диэлектрическая восприимчивость
диэлектрика, зависящая от строения
вещества и температуры, величина
безразмерная.
Диэлектрическая восприимчивость вещества характеризует способность диэлектрика к поляризации.
Поляризованность
направлена вдоль внешнего электростатического
поля
,
в котором находится диэлектрик.
46.1 |
Для количественного описания поля в диэлектриках внесем диэлектрик в однородное электростатическое поле. Поле создается двумя бесконечными равномерно заряженными плоскостями. Пластинка из однородного диэлектрика расположена как на рис. 46.1 Заряды, входящие в состав диполей диэлектриков, называются связанными. Под действием электрического поля они не могут покинуть пределов молекулы, в состав которой входят, а лишь смещаются из своих положений равновесия. Поляризация диэлектриков сопровождается появлением поверхностных зарядов на его границах. В тех местах, где линии напряженности выходят из диэлектрика, на поверхности возникают положительные связанные заряды, то есть положительные заряды смещаются по полю, отрицательные – против поля (рис. 46.1) |
Таким
образом, на правой грани диэлектрика,
обращенного к отрицательной плоскости,
будет избыток положительного заряда с
поверхностной плотностью (+
), а
на левой – избыток
отрицательного заряда с поверхностной
плотностью (–
).
Плотность связанных зарядов определяет
поляризованность диэлектрика: 
.
Таким
образом, появление нескомпенсированных
поверхностных связанных зарядов приводит
к возникновению внутри диэлектрика
дополнительного электрического поля
с напряженностью 
(поле,
созданное двумя бесконечными заряженными
плоскостями, т.е. гранями), которое
направлено против внешнего поля и
ослабляет его
.
Внешнее поле – это поле, созданное свободными зарядами, в данном случае бесконечными заряженными пластинами.
Напряженность
внешнего поля определяется по формуле
.
Результирующая
напряженность поля внутри диэлектрика
равна:
.
Следовательно,
результирующее поле внутри диэлектрика
меньше, чем внешнее поле. Величина,
показывающая во сколько раз поле в
вакууме больше, чем поле в диэлектрике,
называется относительной диэлектрической
проницаемостью вещества 
.
Относительная
диэлектрическая проницаемость связана
с диэлектрической восприимчивостью
вещества
.
Отсюда
следует, что диэлектрическая
проницаемость
больше
диэлектрической восприимчивости для
всех веществ.
Таким образом, результирующее поле внутри диэлектрика будет определяться по формуле
.
Следовательно, относительная диэлектрическая проницаемость ε характеризует электрические свойства диэлектрика, т.е. способность диэлектрика к поляризации.