Поляризация диэлектриков

Электрическое поле в веществе

Электростатическое поле в диэлектриках

4.1.Поляризация диэлектриков

4.2. Виды поляризации диэлектриков

4.3. Cвязь поляризованности с поверхностной плотностью связанных зарядов

4.4. Теорема Гаусса для электростатического поля в диэлектриках

4.5. Сегнетоэлектрики

Поляризация диэлектриков

Диэлектриками называют материалы, которые при обычных условиях не проводят электрический ток. Согласно представлениям классической теории диэлектрики состоят из электрически нейтральных молекул. Диэлектрик не содержит свободных носителей заряда. Все электроны связаны со своими атомами. Удельное электрическое сопротивление диэлектрика колеблется в пределах (10⁶ – 10¹⁵) Ом·м.

В первом приближении нейтральную молекулу можно рассматривать как электрический диполь, заряд q которого равен суммарному заряду всех атомных ядер молекулы. Плечом  этого диполя будет вектор, проведенный из центра тяжести отрицательных зарядов (т.е. электронов) в центр тяжести положительных зарядов (т.е. ядер).

Различают три типа диэлектриков: неполярные, полярные и ионные. Неполярным называют диэлектрик с неполярными молекулами, т.е. молекулами, центры тяжести положительных и отрицательных зарядов которых совпадают (  = 0), и дипольные моменты молекул равны нулю (в отсутствие внешнего электрического поля). Это молекулы с симметричным строением. Таковы, например, молекулы H₂, N₂, O₂, CСl₄ и др. Полярным называют диэлектрик с полярными молекулами, т.е. молекулами, обладающими ненулевыми дипольными моментами в отсутствие внешнего электрического поля. Такие молекулы имеют несимметричное строение, например, H₂O, спирты, поливинилхлорид и т.п. Ионными диэлектриками являются твердые диэлектрики, имеющие ионную кристаллическую решетку (например, NaC l).

Если диэлектрик поместить в электрическое поле, то заряженные частицы, из которых он состоит, сместятся под действием поля: положительные – в одну сторону, отрицательные – в противоположную. При этом на поверхности диэлектрика появятся т.н. поляризационные (связанные) заряды. Это явление называется поляризацией диэлектриков. В целом диэлектрик остается электрически нейтральным, но теперь его можно рассматривать как один большой электрический диполь.

Для характеристики степени поляризации диэлектрика используют векторную физическую величину, называемую поляризованностью (вектором поляризации), равную суммарному дипольному моменту единицы объема вещества:

     (4.1).