Поляризация диэлектриков. Вектор поляризации.

Таким образом, при внесении диэлектрика во внешнее электрическое поле происходит поляризация диэлектрика, которая заключается в том, что весь объем диэлектрика приобретает электрический дипольный момент.

Количественной мерой поляризации диэлектрика служит вектор поляризации Р. Вектор поляризации Р это есть дипольный момент единицы объема.

В случае неоднородного поля или диэлектрика вектора поляризации определяется как предел отношения электрического момента некоторого объема диэлектрика к этому объему, когда последний стремится к нулю.

,

p_i –электрический момент i-го диполя (1)

В случае однородного диэлектрика с неполярными молекулами, находящимися в однородном электрическом поле

(2)

где n₀ – число молекул в единице объема

Равенство (2) следует из того, что векторы всех молекул имеют одинаковое направление вдоль поля E.

Т.к. , то

(3)

Коэффициент называется диэлектрической восприимчивостью вещества и зависит от строения данного вещества.

При внесении диэлектрика в электрическое поле происходит так называемая поляризация диэлектрика. Для рассмотрения этого явления выясним, как ведет себя совокупность молекулярных диполей, помещенных в электрическое поле.

Если диэлектрик с полярными молекулами не находится во внешнем электрическом поле, то вследствие беспорядочного теплового движения молекул вектора их дипольных моментов ориентированы хаотично. Поэтому векторная сумма дипольных моментов всех молекул равна нулю. Для диэлектрика, состоящего из неполярных молекул результирующий дипольный момент также равен нулю, т.к. дипольный момент каждой молекулы равен нулю.

Под действием внешнего электрического поля полярные молекулы диэлектрика стремятся повернуться так, чтобы их дипольные моменты р совпали по направлению с Е. Однако, тепловое движение препятствует установлению их дипольных моментов вдоль поля. В результате совместного действия обеих причин в диэлектрике возникает преимущественная ориентация дипольных моментов молекул вдоль поля. Эта ориентация будет тем полней, чем сильнее электрическое поле в диэлектрике и чем слабее тепловое движение молекул, т.е. чем ниже температура. Описанный процесс называется ориентационной поляризацией диэлектрика с полярными молекулами. Ориентационная поляризация наблюдается в газообразных и жидких диэлектриках. В твердых телах поворот молекул невозможен.

Неполярные молекулы приобретают в электрическом поле индуцированные дипольные моменты за счет деформации электронных орбит. Для каждой молекулы в диэлектрике считается справедливой формула,

полученная для изолированной молекулы, только теперь под Е нужно понимать напряженность поля в диэлектрике, действующую на данную молекулу, т.е. надо учитывать также поле, создаваемое всеми остальными молекулами диэлектрика. Индуцированные дипольные моменты всегда направлены по направлению действующего электрического поля, независимо от температуры диэлектрика и связанного с нею теплового движения. В этом случае происходит так называемая электронная поляризация диэлектрика. Такая поляризация наблюдается и в газообразных, и в жидких, и в твердых диэлектриках.

В кристаллических диэлектриках, имеющих ионное строение под действием электрического поля все положительные ионы смещаются в направлении Е, а все отрицательные ионы – против поля. Такой диэлектрик в целом также будет обладать дипольным моментом, направленным вдоль внешнего поля и пропорциональным величине последнего. Такой вид поляризации называется ионной поляризацией.