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 
.
Существуют два основных вида однородных и изотропных диэлектриков:
1) неполярныедиэлектрики (атомы и молекулы таких диэлектриков в отсутствие внешнего электрического поля не имеют дипольных моментов, а при помещении в электрическое поле приобретают индуцированные дипольные моменты, пропорциональные величине напряженности поля);
2) полярныедиэлектрики (атомы и молекулы таких диэлектриков в отсутствие внешнего электрического поля обладают дипольными моментами, при помещении в электрическое поле дипольные моменты ориентируются преимущественно по направлению вектора напряженности поля).
На электрический диполь в электрическом поле действует момент сил, поворачивающий диполь по направлению поля:
, М = рe·Е·sina.
Электрическое поле совершает работу при ориентации диполя, поэтому электрический диполь во внешнем поле обладает потенциальной энергией
,
где a - угол между дипольным моментом и напряженностью поля (рис. 1.7).
Установлению параллельной ориентации всех дипольных моментов препятствует тепловое движение атомов и молекул диэлектрика.
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 поляризованность (вектор поляризации) 
.
Поляризованность равна электрическому дипольному моменту единицы объема диэлектрика:
.
В случае неоднородной поляризации ( 
) необходимо рассматривать предел этого отношения, когда DV®0.
Для однородных и изотропных диэлектриков поляризованность пропорциональна напряженности поля:
,
где k - диэлектрическая восприимчивость вещества.
В результате поляризации диэлектрика в тонких слоях у ограничивающих его поверхностей возникают некомпенсированные связанные заряды, называемые поверхностными поляризационными (связанными)зарядами. Поверхностная плотность sсвяз поляризационных зарядов равна проекции поляризованности на внешнюю нормаль к рассматриваемой поверхности диэлектрика:
,
где a - угол между вектором и нормалью к поверхности.