Розглянемо плоский однорідний діелектричний шар, розташований між двома різнойменно зарядженими площинами (рис. 2.5). Нехай напруженість електричного поля, яке створюється цими площинами в вакуумі, дорівнює
де - поверхнева щільність зарядів на пластинах (ці заряди називають вільними). Під дією поля діелектрик поляризується, і на його гранях з'являються поляризаційні або пов'язані заряди. Ці заряди створюють у діелектрику електричне поле. яке спрямоване проти зовнішнього поля
де - поверхнева щільність зв'язаних зарядів. Результуюче поле всередині діелектрика
Поверхнева щільність зв'язаних зарядів менше щільності вільних зарядів, і не все поле компенсується полем діелектрика: частина ліній напруженості проходить крізь діелектрик, інша частина обривається на пов'язаних зарядах (рис. 2.5). Поза діелектрика. Отже, в результаті поляризації поле всередині діелектрика виявляється слабкіше, ніж зовнішнє.
де - діелектрична проникність середовища. З формули видно, що діелектрична проникність показує, у скільки разів напруженість поля в вакуумі більше напруженості поля в діелектрику. Для вакууму. для діелектриків.
Діелектрик, вміщений у зовнішнє електричне поле, поляризується під дією цього поля. Поляризацією діелектрика називається процес придбання ним відмінного від нуля макроскопічного дипольного моменту.
Ступінь поляризації діелектрика характеризується векторною величиною, яка називається поляризований або вектором поляризації (P). Поляризованность визначається як електричний момент одиниці об'єму діелектрика
,
де N - число молекул в об'ємі. Поляризованность P часто називають поляризацією, розуміючи під цим кількісну міру цього процесу.
У діелектриках розрізняють наступні типи поляризації: електронну, орієнтаційну та граткову (для іонних кристалів).
Електронний тип поляризації характерний для діелектриків з неполярними молекулами. У зовнішньому електричному полі (рис. 2.1) позитивні заряди всередині молекули зміщуються у напрямку поля, а негативні в протилежному напрямку, в результаті чого молекули набувають дипольний момент, спрямований уздовж зовнішнього поля
Індукований дипольний момент молекули пропорційний напруженості зовнішнього електричного поля. де - поляризованість молекули. Значення поляризованности в цьому випадку дорівнює. де n - концентрація молекул; - індукований дипольний момент молекули, який однаковий для всіх молекул і напрямок якого збігається з напрямком зовнішнього поля.
Оріентаціоннний тип поляризації характерний для полярних діелектриків. Під час відсутності зовнішнього електричного поля молекулярні диполі орієнтовані випадковим чином, так що макроскопічний електричний момент діелектрика дорівнює нулю.
Якщо помістити такий діелектрик у зовнішнє електричне поле, то на молекулу-диполь буде діяти момент сил (рис. 2.2), який прагне орієнтувати її дипольний момент в напрямку напруженості поля. Однак повної орієнтації не відбувається, оскільки тепловий рух прагне зруйнувати дію зовнішнього електричного поля.
Така поляризація називається орієнтаційної. Поляризованность в цьому випадку дорівнює. де
- середнє значення складової дипольного моменту молекули в напрямку зовнішнього поля.
Гратковий тип поляризації характерний для іонних кристалів. В іонних кристалах (NaCl і т.д.) під час відсутності зовнішнього поля дипольний момент кожної елементарної комірки дорівнює нулю (рис. 2.3.а), під впливом зовнішнього електричного поля позитивні і негативні іони зміщуються в протилежні сторони (рис. 2.3.б) . Кожна осередок кристала стає диполем, кристал поляризується. Така поляризація називається решеточной. Поляризованность і в цьому випадку можна визначити як. де - значення дипольного моменту елементарної комірки, n - число осередків в одиниці об'єму.
Поляризованность ізотропних діелектриків будь-якого типу пов'язана з напруженістю поля співвідношенням. де - діелектрична сприйнятливість діелектрика.