Главной характеристикой электрического поля является его напряженность, которая представляет собой отношение силы, действующей на заряд, к величине этого заряда,. В свою очередь, в соответствии с законом Кулона сила взаимодействия двух зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния г между ними
(6.9)
Абсолютная диэлектрическая проницаемость
(6.10)
Здесь является электрической постоянной, а называется относительной диэлектрической проницаемостью, характеризующей свойства среды (горной породы), в которой взаимодействуют заряды. В вакууме. Если рассмотреть силовые характеристики электрического поля в вакууме (о) ив горной породе (гп), то из предыдущих уравнений следует
(6.11)
Таким образом, относительная диэлектрическая проницаемость показывает, во сколько раз напряженность электрического поля в горной породе меньше, чем в вакууме. Уменьшение напряженности поля в горной породе вызвано процессами ее поляризации, и в этом качестве относительная диэлектрическая проницаемость является мерой поляризации горных пород
(6.12)
где — вектор поляризации.
Под поляризацией понимают процесс разделения зарядов, в результате которого образуется объёмный дипольный электрический момент горной породы. Вектор этого момента направлен против внешнего поля и тем самым ослабляет его. В горных породах выделяют следующие виды поляризации:
1. Электронная поляризация определяется смещением электронных орбит в поле относительно положительно заряженного ядра. Она происходит в любых телах практически мгновенно. Время срабатывания данного механизма (время релаксации).
2. Ионная поляризация обусловлена смещением разноименно заряженных ионов в электрическом поле в пределах упругости решетки. Время срабатывания.
3. Дипольная поляризация определяется ориентированием полярных молекул (например, молекул воды) в электрическом поле, за счет чего создается суммарный электрический момент, направленный против внешнего поля. Данный механизм присущ горным породам, молекулы которых уже имеют дипольный момент, но в отсутствие внешнего поля хаотично ориентированный. Электрическое поле разворачивает такие молекулы на некоторый (очень небольшой) угол. Время релаксации -.
4. Макроструктурная (миграционная) поляризация происходит вследствие элементарных токов в токопроводящих включениях горной породы. В отдельных зернах проводников (металлов) или полупроводников имеются свободные носители заряда (электроны или ионы). Под действием электрического поля эти заряды перемещаются за счет механизмов электропроводности в пределах отдельного зерна. За счет этого каждое такое зерно приобретает дипольный момент, т.е. проявляет себя как большой диполь. Время завершения этого вида поляризации составляет.
5. Электрохимическая поляризация вызывается любыми химическими процессами, возникающими при прохождении тока по горным породам и связанными с разделением зарядов. К таким процессам можно отнести окислительно-восстановительные реакции, электролиз, электроосмос и др. Это самый медленный вид поляризации, для завершения которого требуются, подчас, десятки минут.