Поляризация диэлектриков. При внесении диэлектрика во внешнее электрическое поле происходит поляризация диэлектрика, состоящая в том

При внесении диэлектрика во внешнее электрическое поле происходит поляризация диэлектрика, состоящая в том, что в любом макроскопическом малом его объеме возникает отличный от нуля суммарный дипольный электрический момент молекул. Диэлектрик, находящийся в таком состоянии, называется поляризованным.

В зависимости от строения молекул (атомов) диэлектрика различают три типа поляризации: ориентационную,электронную и ионную.

Ориентационная поляризациянаблюдается у полярных диэлектриков. Внешнее электрическое поле стремится ориентировать дипольные моменты полярных молекул ― жестких диполей по направлению вектора напряженности поля.Этому препятствует хаотичное движение молекул, вызывающее беспорядочный разброс диполей. В итоге совместного действия поля и теплового движения возникает преимущественная ориентация дипольных электрических моментов вдоль поля, возрастающая с увеличением напряженности электрического поля и с уменьшением температуры.

Электронная (деформационная) поляризация осуществляется у неполярных диэлектриков. Под действием внешнего электрического поля у молекул диэлектриков этого типа возникают индуцированные дипольные моменты за счет деформации электронных орбит, направленных вдоль поля, т.е. по направлению вектора .

(2)

где ―поляризуемость молекулы (атома) и R – радиус молекулы.

Ионная поляризация происходит в твердых диэлектриках, имеющих ионную кристаллическую решетку. Внешнее электрическое поле вызывает в таких диэлектриках смещение всех положительных ионов в направлении напряженности поля, а всех отрицательных ионов ― в противоположную сторону.

Количественной мерой поляризации диэлектрика служит вектор ,называемый поляризованностью (вектором поляризации)диэлектрика и определяемый дипольным моментом единицы объема диэлектрика

, (3)

где ―дипольный момент одной молекулы, ― общее число молекул в объеме .

Поляризованность неполярного диэлектрика.В пределах малого объема все молекулы неполярного диэлектрика приобретают в электрическом поле одинаковые индуцированные электрические моменты . Поэтому поляризованность неполярного диэлектрика в электрическом поле с напряженностью равна

, (4)

где ― концентрация молекул. Используя формулу (2), получаем

, (5)

где ―безразмерная величина, называемая диэлектрической восприимчивостью неполярного диэлектрика (), которая характеризует свойства диэлектрика.

Поляризованность полярного диэлектрика.Поляризованность полярногодиэлектрика

, (6)

где ―среднее значение вектора дипольного момента для всех молекул, содержащихся в объеме диэлектрика. Векторы молекул ― жестких диполей ― одинаковы по модулю и различаются только ориентациями в поле.

Можно показать, что при поляризации полярных диэлектриков в слабых электрических полях,напряженность которых удовлетворяет условию Е<<kT/ ,

. (7)

Следовательно, поляризованность полярного диэлектрика в слабых полях можно найти по формуле (5), полагая диэлектрическую восприимчивостьполярного диэлектрика равной

. (8)

Эта формула для называетсяформулой Дебая―Ланжевена.