Диэлектрики и их классификация. Определение вектора поляризации и диэлектрической восприимчивости. Поляризация полярных и неполярных диэлектриков.

Диэлектрик (изолятор) — вещество, плохо проводящее электрический ток.

Основное свойство диэлектрика — способность поляризоваться во внешнем электрическом поле.

Поляризация диэлектриков — явление, связанное с ограниченным смещением связанных зарядов в диэлектрике или поворотом электрических диполей под воздействием внешнего электрического поля, других внешних сил или спонтанно.

Поляризацию диэлектриков характеризует вектор поляризации. Физический смысл вектора электрической поляризации — это дипольный момент, отнесенный к единице объема диэлектрика. Иногда вектор поляризации называют просто поляризацией.

Диэлектрическая восприимчивость(поляризуемость) вещества — физическая величина, мера способности вещества поляризоваться под действием электрического поля. Диэлектрическая восприимчивость χ_ε — коэффициент линейной связи между поляризацией диэлектрикаP и внешним электрическим полемE в достаточно малых полях:

где ε₀ — электрическая постоянная; произведение ε₀χ_ε называется абсолютной диэлектрической восприимчивостью.

В случае вакуума χ_ε = 0.

У диэлектриков, как правило, она положительна. Диэлектрическая восприимчивость измеряется в ничём (безразмерная величина).

Ряд диэлектриков проявляют особые физические свойства. К ним относятся пьезоэлектрики (которые могут либо под действием деформации индуцировать электрический заряд на своей поверхности, или наоборот), пироэлектрики (поляризация в отсутствие внешних воздействий), сегнетоэлектрики (обладающие в определённом интервале температур собственным дипольным моментом), итд.

Полярные диэлектрики.

Молекулы полярных диэлектриков с точки зрения электрических свойств являются диполями, вот как то так.

Например, молекула NaCl или воды.

При отсутствии внешнего электрического поля молекулы-диполи полярного диэлектрика, совершая хаотическое тепловое движение, ориентированы в самых разных направлениях. Электрические поля этих диполей полностью компенсируют друг друга, и результирующее поле равно нулю во всех областях диэлектрика. Но если поместить такой диэлектрик во внешнее поле E₀, то оно «развернёт» диполи так, что они окажутся ориентированными вдоль линий напряжённости («минусы» диполей повернутся влево — к тем «плюсам», которые создают внешнее поле).

Неполярные диэлектрики.

Диэлектрик называется неполярным, если его молекулы имеют симметричное распределение положительных и отрицательных зарядов, и потому не ведут себя как диполи. К неполярным диэлектрикам относятся, например, керосин, масло, воздух, инертные газы. Тем не менее, поляризация наблюдается и у неполярных диэлектриков.

Слева изображена симметричная электронная орбита в атоме неполярного диэлектрика. При наложении внешнего поля E₀ эта орбита деформируется (справа): электрон смещается в сторону положительных зарядов, создающих внешнее поле. Мы видим, что во внешнем поле электрон будет проводить больше времени слева от ядра, нежели чем справа. Из-за этого центры положительных и отрицательных зарядов в атоме неполярного диэлектрика разойдутся в разные стороны. То есть получаем какбэ диполь, но не диполь.

Электронная поляризация присутствует и у полярных диэлектриков; но там она теряется на фоне куда более мощного эффекта разворота самих диполей.