1. Діелектрики та їх властивості.

Речовини, які не проводять електричний струм, отримали назву діелектриків. У діелектриках, на відміну від провідників, немає вільних зарядів, які могли б під дією електричного поля прийти в рух і тим самим, створити струм провідності^ . Строго кажучи, і в діелектриках теж існують вільні заряди, але за нормальних умов їх концентрація надзвичайно мала.

Розрізняють полярні і неполярні діелектрики. Різниця проявляється в наявності або відсутності власного електричного дипольного моменту молекул.

Електричний диполь - система з двох однакових за величиною, але протилежних за знаком зарядів: +q i -q, розташованих на відстані l (рис. 33.1).

Векторна величина, яка дорівнює добутку заряду диполя q на вектор , називається дипольним моментом.

(33.1)

де вектор (плече диполя) має напрям від від’ємного до додатного заряду і дорівнює відстані між ними.

Полярні молекули, що володіють власним дипольним моментом, мають несиметричну будову. Для таких молекул центри «ваги» додатних і від’ємних зарядів не співпадають (наприклад, Н₂О, NН₃, SO₂, CO). В неполярних молекулах центри «ваги» додатних і від’ємних зарядів співпадають. Наприклад, в атомі водню колову орбіту електрона можна вважати від’ємним зарядом, центр ваги якого (як кола) співпадає з ядром (додатнім ядром). Тому водень є неполярною молекулою.

Якщо полярний діелектрик внести в електричне поле, дипольні моменти його молекул будуть орієнтуватись вздовж поля. Таке явище отримало назву - орієнтаційнаї поляризації.

Електронна або деформаційна поляризація - явище виникнення в неполярних молекулах під дією зовнішнього електричного поля наведеного дипольного моменту. При цьому під дією електричного поля відбувається зміщення центрів «ваги» додатних і від’ємних зарядів в молекулах (за рахунок деформації електронних оболонок атомів).

У природних умовах (без дії зовнішнього електричного поля) векторна сума всіх дипольних моментів діелектрика дорівнює нулю. Дипольні моменти полярних молекул орієнтовані хаотично, а для неполярних молекул вони взагалі відсутні.

При внесенні діелектрика в зовнішнє електричне поле відбувається його поляризація - в об’ємі діелектрика виникає сумарний дипольний момент, який не дорівнює нулю. Кількісною характеристикою поляризації діелектрика є вектор поляризації (або поляризованість) (33.2). Поляризованістю (вектором поляризації) називається відношення сумарного електричного дипольного моменту всіх молекул діелектрика до його об’єму V.

. (33.2)

У формулі (33.2) - дипольний момент і-тої молекули; n - загальна кількість молекул в об’ємі V. Для більшості діелектриків (крім сегнетоелектриків) їх поляризованість пропорційна напруженості електричного поля. Ця залежність у системі СІ визначається співвідношенням (33.3),

, (33.3)

де - діелектрична сприйнятливість речовини; _о- електрична стала, яка дорівнює _о =8,85∙10^-12 Ф ⁄м. Значення діелектричної сприйнятливості залежить від природи діелектрика та його температури. Тепловий рух перешкоджає орієнтації диполів і тому з підвищенням температури, значення  зменшується. Явище поляризації діелектрика приводить до зменшення в ньому напруженості електричного поля. Так, якщо діелектрик знаходиться в зовнішньому електричному полі

напруженістю (рис.33.2), то на краях діелектрика виникають зв’язані заряди кінців диполів. Всередині діелектрика поле протилежних кінців диполів компенсується. Залишається некомпенсованим поле зв’язаних зарядів.

Це поле напруженістю має напрям, протилежний . Результуючою напруженістю в діелектрику буде векторна сума

, (33.4)

а за модулем

. (33.5)

Фізична величина, яка показує, в скільки разів напруженість електричного поля Е в діелектрику менша від напруженості Е_о поля у вакуумі (при тому ж розташуванні зарядів, що створюють поле) називається діелектричною проникністю середовища і позначається

(33.6)

Зв’язок між діелектричною проникністю та діелектричною сприйнятливістю в системі СІ встановлюється співвідношенням (33.7).

. (33.7).

Діелектрична проникність неполярних діелектриків мала і знаходиться в межах 2>>1. Полярні діелектрики володіють більшою діелектричною проникністю. Наприклад, для кварцу  = 4, для слюди  = 7, а для дистильованої води  = 81.