В) Ионные диэлектрики

В электрическом поле положительные и отрицательные подрешётки ионной структуры смещаются друг относительно друга, и при этом возникает дипольный момент.

Все эти явления, происходящие в диэлектриках в присутствии электрического поля, называются поляризацией. В первом случае это была деформационная поляризация, во втором — ориентационная, в третьем — ионная.

Обратимся к количественной мере этих процессов. Для определённости рассмотрим подробнее ориентационную поляризацию полярного диэлектрика.

Молекулы такого вещества имеют дипольные моменты. Но в отсутствие электрического поля в однородном диэлектрике нет какого-либо преимущественного направления, и тепловое движение хаотически перемешивает дипольные моменты молекул таким образом, что суммарный момент молекул единицы объёма вещества равен нулю.

В электрическом поле на молекулы действуют вращающие моменты, стремящиеся ориентировать диполи вдоль поля. На границах диэлектрика при этом возникают «связанные» заряды с поверхностной плотностью +s’ и –s’ (рис. 5.4.).

Рис. 5.4.

Степень поляризации диэлектрика в электрическом поле характеризуется вектором поляризации , равным векторной сумме дипольных моментов всех молекул единицы объёма вещества (теперь эта сумма не равна нулю):

. (5.1)

Опыт показывает, что вектор поляризации диэлектрика пропорционален напряжённости поля :

. (5.2)

Здесь: c — диэлектрическая восприимчивость вещества;

e₀ — знакомая нам электрическая постоянная.

В случае неполярного диэлектрика дипольный момент отдельной молекулы, как уже упоминалось, пропорционален напряжённости электрического поля:

. (5.3)

Здесь b — поляризуемость молекулы.

Тогда суммарный дипольный момент всех молекул в объёме DV будет равен:

.

Вектор поляризации (поляризованность) в этом случае, как и в случае полярного диэлектрика, оказывается пропорциональным напряжённости поля:

. (5.4)

Здесь диэлектрическая восприимчивость c равна произведению числа молекул в единице объёма (n) и коэффициента поляризуемости (b):

c = n × b. (5.5)

Покажем, что вектор поляризации определяется величиной связанного заряда s’.

Рассмотрим однородно поляризованный диэлектрик, выполненный в виде наклонной призмы с основанием S и ребром L, параллельным вектору поляризации (рис. 5.5).

Рис. 5.5.

Электрический момент призмы равен q’ × L = s’ × S × L. Здесь q’ и s’ — связанный заряд и плотность связанного заряда на основании призмы.

Учитывая, что объём призмы равен V = S × L × cosa, этот же электрический момент представим в виде:

s’ × SL = P × V = P × SLcosa = P_n × SL.

Отсюда легко получить искомое соотношение:

s’ = P_n. (5.6)

Этот результат позволяет сделать следующие заключения:

1. поверхностная плотность связанных зарядов равна нормальной составляющей вектора поляризации;

2. заряд, прошедший в процессе поляризации через единичную поверхность, нормальную к направлению смещения зарядов, равен модулю вектора поляризации.