12.3. Класифікація діелектриків

Діелектрики можна розбити на три класи – полярні, неполярні та іонні. До полярних належать діелектрики, молекули яких мають власний (жорсткий) дипольний момент; до неполярних – діелектрики, молекули яких не мають власного дипольного моменту. Іонні діелектрики являють собою кристали із правильним чергуванням іонів різних знаків (кристали NaCl, KCl і ін.).

Відповідно до трьох класів діелектриків розрізняють три типи поляризації – орієнтаційну, деформаційну та іонну.

Рис. 12.4

Орієнтаційна поляризація характерна для полярних діелектриків. За відсутності зовнішнього поля (E=0) дипольні моменти молекул орієнтуються хаотично (рис. 12.4, а). При накладанні поля дипольні моменти намагаються розміститися в напрямку поля, однак цьому перешкоджає тепловий рух молекул. У результаті встановлюється переважна орієнтація диполів, що характеризується середнім значенням кута  (рис. 12.4, б), і на поверхні діелектрика з'являються зв'язані заряди, утворені позитивними й негативними зарядами молекулярних диполів. Помітимо, що чим сильніше електричне поле й нижче температура, тим більш чітко проявляється переважна орієнтація диполів.

Деформаційна поляризація характерна для неполярних діелектриків. При внесенні такого діелектрика в зовнішнє електричне поле в його молекулах зміщуються центри позитивних і негативних зарядів. У результаті молекули набувають наведеного (індукованого) дипольного моменту, орієнтованого у напрямку зовнішнього поля. Тепловий рух практично не впливає на процес деформаційної поляризації. Це пов'язано з тим, що при будь-яких поворотах молекули її електронна оболонка майже миттєво перебудовується так, що дипольний момент виявляється орієнтованим в попередньому напрямку (тобто в напрямку зовнішнього поля).

Механізм іонної поляризації полягає в тому, що іони кристалічної гратки під дією зовнішнього електричного поля зміщуються в різних напрямках: позитивні – у напрямку вектора напруженості , а негативні – назустріч. У результаті на гранях кристала, перпендикулярних до вектора , виникають різні за знаком зв'язані заряди.

12.4. Поляризованість. Вектор електричного зміщення

12.4.1 Поляризованість

Кількісною мірою ступеня поляризації діелектрика є векторна величина, яку називають поляризованістю. Поляризованість чисельно дорівнює дипольному моменту одиниці об'єму речовини:

,

(12.8)

де – геометрична сума дипольних моментів всіх частинок (молекул, атомів), які містяться в об'ємі V. Оскільки дипольний момент вимірюється в Кл·м, то, як видно з (12.8), поляризованість вимірюється в Кл/м², що збігається з одиницею виміру поверхневої густини заряду.

Рис. 12.5

12.4. 2. Зв'язок між поляризованістю та поверхневою густиною зв'язаних зарядів

Для встановлення цього зв'язку виберемо діелектрик у вигляді тонкого довгого циліндра з висотою l і перерізом S. Установимо циліндр у напрямку електричного поля (рис. 12.5). У результаті поляризації на торцях циліндра виникнуть зв'язані заряди з поверхневою густиною - і +. Дипольний момент циліндра можна знайти як суму дипольних моментів всіх часток, що містяться в ньому:

,

де V – об'єм циліндра.

На підставі (12.8) числове значення поляризованості

.

Отже, поляризованість чисельно дорівнює поверхневій густині зв’язаних зарядів

.

(12.9)