Поляризация вещества. Вектор электрического смещения

Свободными называются заряды, которые под воздействием сил поля могут свободно перемещаться в веществе, их перемещение не ограничено внутримолекулярными силами. Связанными называют заряды, входящие в состав вещества и удерживаемые в определенных положениях внутримолекулярными силами. Эти заряды связаны с самим веществом и неотделимы от него.

При наличии внешнего электростатического поля напряженностью молекулы диэлектрика деформируются. Положительный заряд смещается по направлению внешнего поля, а отрицательный – в противоположном направлении, образуя диполь – связанный заряд. В диэлектриках, имеющих дипольные молекулы, их электрические моменты под влиянием внешнего поля частично ориентируются по направлению поля. У большинства диэлектриков направление вектора поляризованности совпадает с направлением вектора напряженности внешнего поля, а направление вектора напряженности поляризованных зарядов противоположно направлению вектора напряженности внешнего поля (от + Q к – Q). Поэтому результирующий вектор напряженности поля в диэлектрике меньше вектора напряженности поля в вакууме при одном и том же внешнем поле (рис. 15.2).

Рис. 15.2. Поляризация диполей во внешнем поле

С увеличением поляризации диэлектрика увеличивается вектор . Вектор поляризованности определяют по геометрической сумме электрических моментов диполей в единице объема

(15.8)

Для большинства диэлектриков

(15.9)

где k – относительная диэлектрическая восприимчивость.

В электротехнических расчетах используется также вектор электрического смещения (индукции):

, (15.10)

где .

Вектор зависит как от свободных, так и от связанных зарядов.