Поляризация неполярных диэлектриков

Ориентация диполей (атомов или молекул диэлектрика) в электрическом поле — не единственный процесс при поля­ризации диэлектриков. Это следует из того факта, что и ди­электрики с неполярными молекулами в электрическом поле тоже поляризуются. Что же происходит в этом случае?

В отсутствие поля центры положительных и отрицатель­ных зарядов в атомах или молекулах неполярных диэлектриков совпадают. При внесении диэлектрика в поле на отрица­тельно и положительно заряженные частицы начинают дей­ствовать силы, направленные в противоположные стороны. В результате молекула растягивается и происходит смещение центров положительного и отрицательного зарядов. Молекула становится диполем, ось которого направлена вдоль поля.

Вследствие этого процесса на поверхностях диэлектрика, примыкающих к заряженным пластинам, также возникают связанные заряды. Очевидно, что процесс, аналогичный поля­ризации неполярных диэлектриков, происходит и в полярных диэлектриках. Однако в последних он маскируется значитель­но большим эффектом, обусловленным ориентацией диполей.

Силы притяжения между соседними молекулами диэлект­рика значительно слабее сил, связывающих разноименные заряды в молекуле. Поэтому при разрезании или разрыве диэлектрика на части молекулы не разрушаются, а целиком остаются на поверхностях разреза. В результате обе части по­ляризованного диэлектрика будут электрически нейтральны после разрезания.

Диэлектрическая проницаемость и поляризуемость диэлектрика

Связанный поверхностный заряд создает электрическое по­ле напряженностью Е\ направленной в диэлектрике против напряженности внешнего поля Е₀ зарядов на пластинах (рис. 1.62).

Из-за этого поле внутри диэлектрика ослаб­ляется. Степень ослабления поля зависит от свойств диэлектрика.

Если напряженность электрического поля внутри диэлектрика обозначить через Е, то

(см. рис. 1.62). Напряженность Е' опреде­ляется поверхностной плотностью заряда &. Этот заряд находится на двух проти­воположных поверхностях диэлектрика. Каждая поверхность создает электрическое поле напряженностью (в абсо­лютной системе единиц). Напряженности полей от отрицательно и положительно заряженных поверх­ностей внутри диэлектрика совпадают по направлению. По­этому

Плотность поверхностного заряда зависит от свойств ди­электрика и напряженности Е электрического поля внутри него. При Е = 0 также равна нулю. Опыт показывает, что для многих диэлектриков плотность поверхностного заряда прямо пропорциональна напряженности поля:

Коэффициент пропорциональности α называется поля­ризуемостью диэлектрика или его диэлектриче­ской восприимчивостью. Он характеризует электрические свойства диэлектрика и простым образом связан с диэлектри­ческой проницаемостью ε. Найдем эту связь. Подставив выра­жение (1.15.3) в формулу (1.15.2), получим значение напря­женности поля связанных зарядов в зависимости от напря­женности поля внутри диэлектрика:

Если теперь подставить выражение (1.15.4) в соотношение (1.15.1), то можно выразить напряженность поля в диэлектрике через напряженность внешнего поля:

Стоящая в знаменателе величина характеризует степень ос­лабления поля; она показывает, во сколько раз уменьшается напряженность электрического поля в однородном диэлект­рике. Это и есть диэлектрическая проницаемость среды

Таким образом, диэлектрическая проницаемость и поляризуемость являются эквивалентными характеристиками электрических свойств среды.