9)Поляризация диэлектриков!! Вектор поляризации!! Электрическое поле при наличии диэлектрика!! Связанные заряды!! Вектор электрического смещения!!!

Существует несколько механизмов поляризации диэлектриков. Основными из них являются ориентационнаяиэлектроннаяполяризации. Эти механизмы проявляются главным образом при поляризации газообразных и жидких диэлектриков.

Ориентационная или дипольная поляризациявозникает в случаеполярных диэлектриков, состоящих из молекул, у которых центры распределения положительных и отрицательных зарядов не совпадают. Такие молекулы представляют собой микроскопическиеэлектрические диполи– нейтральную совокупность двух зарядов, равных по модулю и противоположных по знаку, расположенных на некотором расстоянии друг от друга. Дипольным моментом обладает, например, молекула воды, а также молекулы ряда других диэлектриков (H₂S, NO₂и т. д.).

При отсутствии внешнего электрического поля оси молекулярных диполей из-за теплового движения ориентированы хаотично, так что на поверхности диэлектрика и в любом элементе объема электрический заряд в среднем равен нулю. При внесении диэлектрика во внешнее поле возникает частичная ориентация молекулярных диполей. В результате на поверхности диэлектрика появляются нескомпенсированные макроскопические связанные заряды, создающие поленаправленное навстречу внешнему полю

. Вектор поляризации. При наложении электрического поля в диэлектрике возникают элементарные электрические дипольные моменты pj. Вектор поляризации представляет собой объемную плотность электрического дипольного момента диэлектрика: P = (?pj) / V. При поддержании постоянной разности потенциалов и введении в конденсатор изотропного диэлектрика возрастает электрическая индукция (электрическое смещение) D: D = ?0E + P = ?0?E = ?D0. ?0 = 8,854?10–12 Кл / (В?м) – электрическая постоянная. Вектора E и D направлены от положительного заряда к отрицательному. Вектор P направлен от отрицательного заряда к положительному. Векторы E, D и P в изотропных диэлектриках имеют одно и то же направление. P = ?e?0E = ?E, ?e = ? – 1, где ?e – диэлектрическая восприимчивость; ? – поляризуемость. В анизотропных диэлектриках диэлектрическая проницаемость является симметричным тензором второго ранга ?ij (i, j = 1, 2, 3). 01.12.2010. А.В. Шишкин, АЭТУ, НГТУ. 3.

Связанные заряды. В результате процесса поляризации в объеме (или на поверхности) диэлектрика возникают нескомпенсированные заряды, которые называются поляризационными, или связанными. Частицы, обладающие этими зарядами, входят в состав молекул и под действием внешнего электрического поля смещаются из своих положений равновесия, не покидая молекулы, в состав которой они входят. Связанные заряды характеризуют поверхностной плотностью .Если электрическое поле имеет место в диэлектрике, то наблюдается поляризация вещества и появляются связанные электрические заряды.

Учитывают поляризацию с помощью вектора поляризации , который для анизотропных и однородных сред выражается через напряженность поля следующим образом:, где c – диэлектрическая восприимчивость вещества (диэлектрика). Вектор поляризации равен также поверхностной плотности связанных зарядов, возникающих в диэлектрике под воздействием внешнего электрического поля (Р = s_связ).

Кроме этого, при анализе электростатических полей используют вектор электрического смещения:

.

Единицей электрического смещения является кулон на метр квадратный (Кл/м²).

Величина e = e₀+ c является основной характеристикой диэлектрика и называется абсолютной диэлектрической проницаемостью. Отношение e_r= e/e₀называют относительной диэлектрической проницаемостью.