Электрическое поле в диэлектрических средах. Дипольные моменты молекул диэлектрика. Поляризация диэлектрика

Вещества, которые не проводят электрический ток, называются диэлектриками. В диэлектриках, в отличие от проводников, нет свободных носителей заряда. Все молекулы диэлектрика электрически нейтральны. Тем не менее, молекулы обладают электрическими свойствами. В первом приближении молекулу можно рассматривать как электрический диполь с дипольным электрическим моментом .

Как всякий электрический диполь молекула создаёт электрическое поле, поэтому электрические поля диполей, складываясь, создают некоторое собственное поле , которое, налагаясь на внешнее поле , образует результирующее электрическое поле в диэлектрике .

При внесении диэлектрика во внешнее электрическое поле происходит поляризация диэлектрика, состоящая в том, что в любом малом его объёме DV возникает отличный от нуля суммарный дипольный электрический момент молекул.

Диэлектрик в таком состоянии называется поляризованным. Количественной мерой поляризации диэлектрика служит вектор поляризации .

Поляризация (вектор поляризации) равна электрическому дипольному моменту единицы объема диэлектрика:

.

В случае неоднородной поляризации ( ¹ const) необходимо рассматривать предел этого отношения, когда DV®0.

Для однородных и изотропных диэлектриков вектор поляризации пропорционален напряженности поля:

,

где k - диэлектрическая восприимчивость диэлектрика.

В результате поляризации диэлектрика в тонких слоях у ограничивающих его поверхностей возникают некомпенсированные связанные заряды, называемые поверхностными поляризационными (связанными)зарядами. Поверхностная плотность s_связ поляризационных зарядов равна проекции вектора поляризации на внешнюю нормаль к рассматриваемой поверхности диэлектрика:

s _связ = Р_n = Р cosa,

где a - угол между вектором поляризации и нормалью к поверхности.

Теорема Гаусса для электростатического поля в среде

Электрическим смещением называется векторная величина , характеризующая электрическое поле:

.

,

где e = (1+k) - относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрика, безразмерная физическая величина, показывающая, во сколько раз электрическое поле в диэлектрике меньше, чем в отсутствие диэлектрика.

e = Е _о / Е.

Теорема Гаусса для электростатического поля в среде: Поток вектора электрического смещения через произвольную замкнутую поверхность равен свободному электрическому заряду, попавшему внутрь этой поверхности:

.