Поле в однородном диэлектрике

Необходимо отметить ещё одну важную особенность процесса поляризации.

Под действием внешнего поля юложительные и отрицательные заряды в диэлектрике смещаются. В ре- $ультате молекулы диэлектрика ориентированы примерно так, как показано да рисунке.

Внутри диэлектрика рядом с положительным зарядом диполя располагается отрицательный заряд соседней молекулы.

Поскольку молекулы одинаковые, то сумма этих зарядов равна нулю. Другими словами, заряды диполей внутри диэлектрика взаимно компенсируются.

Из рисунка видно, что на поверхности диэлектрика такая компенсация отсутствует — снаружи нет диполей, способных вызвать компенсацию. Поэтому на противоположных поверхностях диэлектрика во внешнем электрическом поле возникают нескомпенсированные заряды.

Молекулы твердого вещества не могут свободно изменять своё положение. Следовательно, нескомпенсированные заряды диполей не могут перемещаться внутри объёма или по поверхности диэлектрика. Поэтому их называют связанными.

Связанные заряды, так же как и любые заряды, создают электрическое поле.

Эго дополнительное электрическое поле всегда направлено против внешнего поля (это видно из рисунка). Поэтому электрическое поле внутри диэлектрика всегда слабее, чем вне его:

где Е — напряжённость электрического поля внутри диэлектрика; Е' - напряжённость поля связанных зарядов; Е₀ — напряжённость поля, созданного внешними зарядами.

В данном случае связанные заряды расположены на параллельных плоскостях, поэтому напряжённость поля связанных зарядов внутри диэлектрика Е = —, где а — поверхностная плотность связанных за;

^е0.

рядов.

Поверхностную плотность связанных зарядов а' можно найти из следующих соображений.

В соответствии с определением поляризованности диэлектрика Р полный дипольный электрический момент пластины Ip = PV.

Объём прямоугольной пластины V = Sd (d — толщина пластины), поэтому Iр = PSd.

С другой стороны, полный дипольный электрический момент пластины Iр = qd, где q — полный связанный заряд боковой грани пластины, величина которого q = Sg'. Поэтому Ър = Sa’d, и это означает, что Р = а', т. е. поляризованность диэлектрика оказывается равной поверхностной плотности связанных зарядов.

Ранее было получено, что поляризованность Р = ке₀?, следовательно, теперь можно записать: а' = ке₀Е .

Учитывая, что Е' = —, для величины напряженности электриче;

^Ео ского поля внутри диэлектрика получаем.

где е = 1 + к — диэлектрическая проницаемость вещества.

Диэлектрическая проницаемость является безразмерной величиной и показывает, во сколько раз электрическое поле внутри диэлектрика слабее внешнего.

В изотропных средах диэлектрическая проницаемость является скалярной величиной.