Электростатическое поле в диэлектриках. Диполи. Поведение диполя в однородном и неоднородном электростатическом поле. Поляризованность (вектор поляризации).
В диэлектрике наличие электрического поля не препятствует равновесию зарядов. Сила, действующая на заряды в диэлектрике со стороны электрического поля, уравновешивается внутримолекулярными силами, удерживающими заряды пределах молекулы диэлектрика, так что в диэлектрике возможно равновесие зарядов, несмотря на наличие электрического поля.
Электрический диполь – электронейтральная система, состоящая из точечных и равных по абсолютной величине положительного и отрицательного электрических зарядов. (Совокупность 2ух равных по абсолютной величине разноименных точечных зарядов, находящихся на некотором расстоянии друг от друга).
Произведение вектора, проведенного от отрицательного заряда к положительному, на абсолютную величину зарядов, называется дипольным моментом: d=ql.
Во внешнем электрическом поле на электрический диполь действует момент сил
[d x E], который стремится повернуть его так, чтобы дипольный момент развернулся вдоль направления поля.
Потенциальная энергия электрического диполя в постоянном электрическом поле равна
–Еd. В случае неоднородного поля она зависит не только от момента диполя – его величины и направления, но и от места, точки нахождения диполя.
Поляризация диэлектриков – явление связанное со смещением связанных зарядов в диэлектрике или поворотом электрических диполей, под воздействием электрического поля.
Поляризацию диэлектриков характеризует вектор электрической поляризации. Физический смысл вектора электрической поляризации – это дипольный момент, отнесенный к единице объема диэлектрика: P=d/V.
Теорема Остроградского-Гаусса для электростатического поля в диэлектрике (вывод). Вектор электрического смещения, диэлектрическая проницаемость и диэлектрическая восприимчивость.
Поток вектора смещения электростатического поля в диэлектрике сквозь любую замкнутую поверхность равен алгебраической сумме свободных зарядов охваченных этой поверхностью.
Аналогично потоку
для вектора 
(
)
можно ввести понятие потока для вектора 
.
Пусть произвольную площадку S пересекают
линии вектора электрического смещения
под
углом α к нормали 
(рис.
4.11):
Теорему Остроградского-Гаусса для вектора получим из теоремы Остроградского-Гаусса для вектора :
, т.
к. 
,
то 
.
Рис. 4.11
Теорема
Остроградского–Гаусса для
:
Поток вектора через любую замкнутую поверхность определяется только свободными зарядами, а не всеми зарядами внутри объема, ограниченного данной поверхностью. Это позволяет не рассматривать связанные (поляризованные) заряды, влияющие на , и упрощает решение многих задач. В этом смысл введения вектора .
Напряженность
электростатического поля зависит от
свойств среды, напряженность поля
обратно пропорциональна диэлектрической
проницаемости среды. Вектор напряженности
при переходе через границу диэлектриков,
испытывает скачкообразное изменение.
Поэтому необходимо помимо вектора
напряженности характеризовать поле
еще вектором электрического смещения,
который равен
[Кл/м^2]. Так как
,
–
вектор поляризации, где χ – диэлектрическая
восприимчивость среды.
Относительная диэлектрическая проницаемость – безразмерная физическая величина, характеризующая свойства изолирующей среды. Она показывает во сколько раз сила взаимодействия 2ух зарядов в среде меньше чем в вакууме.
Абсолютная диэлектрическая проницаемость — физическая величина, показывающая зависимость электрической индукции от напряжённости электрического поля: ,
(
=
).
Диэлектрическая восприимчивость вещества – физическая величина, мера способности вещества поляризоваться под действием электрического поля.
Диэлектрическая
восприимчивость – коэффициент линейной
связи между поляризацией диэлектрика
и внешним электрическим полем: P=
*E.