Поляризация диэлектриков

При помещении диэлектрика во внешнее электростатическое поле он поляризуется, т.е. приобретает отличный от нуля дипольный момент

где р_i - дипольный момент одной молекулы.

Для количественного описания поляризации диэлектрика пользуются векторной величиной - поляризованностью, определяемой как дипольный момент единицы объема диэлектрика:

Из опыта следует, что для большого класса диэлектриков (за исключением сегнетоэлектриков) поляризованность Р линейно зависит от напряженности поля Е. Если диэлектрик изотропный и Е не слишком велико, то

где χ - диэлектрическая восприимчивость вещества, характеризующая свойства диэлектрика; χ - величина безразмерная; притом всегда χ > 0 и для большинства диэлектриков (твердых и жидких) составляет несколько единиц (хотя, например, для спирта χ = 25, для воды χ = 80).

Для установления количественных закономерностей поля в диэлектрике внесем в однородное внешнее электростатическое поле Е₀ (создается двумя бесконечными параллельными разноименно заряженными плоскостями) пластинку из однородного диэлектрика, расположив ее так, как показано на рисунке:

Под действием поля диэлектрик поляризуется, т.е. происходит смещение зарядов: положительные смещаются по полю, отрицательные - против поля.

В результате этого на правой грани диэлектрика, обращенного к отрицательной плоскости, будет избыток положительного заряда с поверхностной плотностью +σ, на левой - отрицательного заряда с поверхностной плотностью -σ. Эти некомпенсированные заряды, появляющиеся в результате поляризации диэлектрика, называются связанными. Так как их поверхностная плотность меньше плотности свободных зарядов плоскостей, то не все поле Е компенсируется полем зарядов диэлектрика: часть линий напряженности пройдет сквозь диэлектрик, другая же часть - обрывается на связанных зарядах. Следовательно, поляризация диэлектрика вызывает уменьшение в нем поля по сравнению с первоначальным внешним полем. Вне диэлектрика Е = Е₀.

Таким образом, появление связанных зарядов приводит к возникновению дополнительного электрического поля Е’ (поля, создаваемого связанными зарядами), которое направлено против внешнего поля E (поля, создаваемого свободными зарядами) и ослабляет его. Результирующее поле внутри диэлектрика будет описываться равенством

Так как поле Е’ является полем, созданным двумя бесконечно заряженными плоскостями, то