Поляризация диэлектриков. При внесении диэлектрика любого типа в электрическое поле происходит его

При внесении диэлектрика любого типа в электрическое поле происходит его поляризация, т. е. в нём возникает отличный от нуля дипольный электрический момент. Механизм поляризации в каждой группе диэлектриков имеет особенности. Рассмотрим его подробнее.

Начнём с рассмотрения неполярных диэлектриков.

При внесении такого вещества во внешнее электрическое поле под действием кулоновских сил центры “тяжести” положи-тельных и отрицательных зарядов молекулы смеща-ются в противоположных направениях.

В результате центры “тяжести” положительного и отрицательного зарядов оказываются на некотором расстоянии l друг от друга (см. рисунок). Молекула неполярного диэлектрика становится диполем с плечом l, направленным параллельно вектору на-пряжённости электрического поля.

Подобным образом ве-дут себя и диэлектрики второго типа: под действи-ем кулоновских сил поло-жительные и отрицатель-ные ионы смещаются, что приводит к возникновению дипольных моментов.

В полярных диэлектри-ках внешнее поле вызывает ориентацию молекул – молекулы ориентируются по полю. Сумма дипольных моментов молекул ста-нет отличной от нуля. Естественно, что хаотическое (тепловое) дви-жение молекул противодействует упорядочиванию ориентации мо-лекул. Поэтому при данной темпе-ратуре степень ориентации будет тем выше, чем сильнее электрическое поле.

Из сказанного следует, что степень поляризации любого диэ-лектрика может быть различной. Следовательно, необходима количественная мера степени поляризации диэлектрика. В ка-честве такой меры используется поляризованность диэлектрика – дипольный момент единицы объёма диэлектрика. Это вели-чина, равная векторной сумме дипольных моментов молекул в единице объёма вещества:

.

Размерность вектора поляризованности

.

Поляризованность в диэлектриках всех типов зависит от напряжённости электрического поля. Чем больше напряжённость электрического поля, тем выше поляризованность диэлектрика. В аналитической форме эта связь имеет вид

Р = ke_оЕ,

где k (каппа) – диэлектрическая восприимчивость. Диэлект-рическая восприимчивость является безразмерной величиной.

Учитывая, что дипольный момент поляризованной неполяр-ной молекулы всегда направлен по полю, мы вправе утверждать, что изменение температуры не влияет на степень поляризации молекулы. Следовательно, и поляризованность, и диэлектри-ческая восприимчивость неполярного диэлектрика не зависят от температуры.

Полярные диэлектрики ведут себя иначе. В них упорядо-чивающему действию внешнего электрического поля противо-действует хаотическое тепловое движение молекул, стремящееся разориентировать дипольные моменты молекул. Поэтому при каждой температуре будет устанавливаться некоторая равно-весная упорядоченность дипольных моментов. Следовательно, поляризованность и диэлектрическая восприимчивость полярных диэлектриков зависят от температуры. Чем выше температура, тем ниже поляризованность Р и диэлектрическая воспри-имчивость k.

Следует отметить ещё одну важную особенность ди-электрической восприимчивости k.

В изотропных средах, свойства которых не зависят от направ-ления, k является скаляром. Поэтому в изотропных диэлектриках направление вектора Р всегда параллельно направлению Е.

В анизотропных диэлектриках диэлектрическая восприим-чивость, измеренная для направления, параллельного оси х, не равна значению k, измеренному для параллельного оси у на-правления. Поэтому в анизотропных диэлектриках направление вектора Р в общем случае не параллельно направлению Е.