5 Вопрос Поляризованность. Напряженность поля в диэлектрике

При помещении диэлектрика во внешнее электростатическое поле он по­ляризуется, т.е. приобретает отличный от нуля дипольный момент , где - дипольный момент одной молекулы. Для количественного описания поляризации диэлектрика пользуются векторной величиной - поляризо­ванность- дипольный момент единицы объема диэлек­трика:

. (1.27)

Из опыта следует, что для большого класса диэлектриков (за исключением сегнетоэлектриков) поляризованность линейно зависит от напряженности поля Е. Если диэлектрик изотропный и Е не слишком велико, то

, (1.28)

где - диэлектрическая восприимчивость вещества, ха­рактеризующая свойства диэлектрика; -

Рис. 16

Под действием поля диэлектрик поляризуется, т.е. происходит смещение зарядов: положительные смещаются по полю, отрицательные - против поля.

В результате этого на правой грани диэлек­трика, обращенного к отрицательной плоско­сти, будет избыток положительного заряда с поверхностной плотностью ', на левой - от­рицательного заряда с поверхностной плотно­стью '. Эти некомпенсированные заряды, появляющиеся в результате поляризации ди­электрика, называются связанными.

Таким образом, появление связанных зарядов приводит к возникновению дополнительного электрического поля (поля, создаваемого связанными за­рядами), которое направлено против внешнего поля (поля, создаваемого сво­бодными зарядами) и ослабляет его. Результирующее поле внутри диэлектрика

.

откуда напряженность результирующего поля внутри диэлектрика равна

(1.31)

Безмерная величина

(1.32)

называется диэлектрической проницаемостью среды. Сравнивая (1.31) и (1.32), видим, что е показывает, во сколько раз поле ослабляется диэлектриком, характеризуя количественно свойство диэлектрика поляризо­вался в электрическом поле.

Электрическое смещение.

Вектор напряженности , переходя через границу диэлектриков, претерпевает скачкообразное изменение, создавая тем самым неудобства при расчете элек­тростатических полей. Поэтому оказалось необходимым помимо вектора на­пряженности характеризовать поле еще в е к т о р о м э л е к т р- и ч е с к о г о смещения, который для электрически изотропной среды по определению равен

. (1.33)

Используя формулы (1.32) и (1.27), вектор электрического смещения мож­но выразить как

. (1.34)

Единица электрического смещения - кулон на метр в квадрате (Кл/м²).

Результирующее поле в диэлектрике описывается вектором напряженности , и потому он зависит от свойств ди­электрика. Вектором описывается электростатическое поле, создаваемое свободными зарядами. Связанные заряды, возникающие в диэлектрике, могут вызвать, однако, перераспределение свободных зарядов, создающих поле.Поэтому вектор характеризует электростатическое поле, создаваемое свободными зарядами, но при таком их распределении в пространстве, какое имеется при наличии диэлектрика

Линии вектора могут начинаться на любых зарядах - свободных и свя­занных, в то время как линии вектора - только на свободных зарядах. Через области поля, где находятся связанные заряды, линии вектора проходят не прерываясь.