Диэлектрики.
Диэлектриками (или изоляторами) называют вещества, практически не проводящие электрического тока. Это значит, что в диэлектриках в отличие, например, от проводников нет зарядов, способных перемещаться на значительные расстояния, создавая ТОК.

При внесении даже нейтрального диэлектрика во внешнее электрическое поле обнаруживаются существенные изменения как в поле, так и в самом диэлектрике; последнее следует хотя бы из того, что на диэлектрик начинает действовать сила, увеличивается емкость конденсатора при заполнении его диэлектриком и др.

Чтобы понять, почему это происходит, надо прежде всего учесть, что диэлектрики состоят либо из нейтральных молекул, либо из заряженных ионов, находящихся в узлах кристаллической решетки (ионные кристаллы, например, типа $\mathrm{NaCl}$ ). Сами же молекулы могут быть полярными и неполярными. У полярных молекул центр «тяжести» отрицательного заряда сдвинут относительно центра тяжести положительных зарядов, в результате чего они обладают собственным дипольным моментом p. Неполярные же молекулы собственным дипольным моментом не обладают: у них центры тяжести положительного и отрицательного зарядов совпадают.

Поляризация. Под действием внешнего электрического поля происходит поляризация диэлектрика. Это явление заключается в следующем. Если диэлектрик состоит из неполярных молекул, то в пределах каждой молекулы происходит смещение зарядов — положительных по полю, отрицательных против поля. Если же диэлектрик состоит из полярных молекул, то при отсутствии внешнего поля их дипольные моменты ориентированы совершенно хаотически (из-за теплового движения). Под действием же внешнего поля дипольные моменты ориентируются преимущественно в направлении внешнего поля. Наконец, в диэлектрических кристаллах типа $\mathrm{NaCl}$ при включении внешнего поля все положительные ионы смещаются по полю, отрицательные — против поля *.

Таким образом, механизм поляризации связан с конкретным строением диэлектрика. Однако для дальнейшего существенно лишь то, что независимо от механизма поляризации в этом процессе все положительные заряды смещаются по полю, а отрицательные — против поля Заметим, что смещения зарядов в обычных условиях весьма малы даже по сравнению с размерами молекул, это связано с тем, что напряженность внешнего поля, действующего на диэлектрик, значительно меньше напряженности внутренних электрических полей в молекулах.

Объемные и поверхностные связанные заряды. В результате поляризации на поверхности диэлектрика, а также, вообще говоря, и в его объеме появляются нескомпенсированные заряды. Чтобы понять, каким образом возникают эти заряды (особенно объемные), обратимся к следующей модели. Пусть имеется пластина из нейтрального неоднородного диэлектрика (рис. $3.1, a$ ), у которого, например, плотность как-то увеличивается с ростом координаты $x$. Обозначим $\rho_{+}^{\prime}$ и $\rho_{-}^{\prime}$ — модули объемной плотности положительного и отрицательного зарядов в веществе (эти заряды связаны с ядрами и электронами).

При отсутствии внешнего поля в каждой точке диэлектрика $\rho_{+}^{\prime}=\rho_{-}^{\prime}$, ибо диэлектрик электрически нейтрален, но в силу неоднородности диэлектрика как $\rho_{+}^{\prime}$, так и $\rho_{-}^{\prime}$ увеличиваются с ростом $x$ (рис. 3.1, б). Из этого рисунка видно, что если внешнего поля нет, то оба распределения в точности накладываются друг на друга (распределение $\rho_{+}^{\prime}(x)$ показано сплошной линией, а распределение $\rho_{-}^{\prime}(x)$ — пунктирной).

Включение внешнего поля $\mathbf{E}$ приведет к смещению положительных зарядов по полю, отрицательных — против поля, и оба распределения сдвинутся относительно друг друга (рис. 3.1, в). В итоге появятся нескомпенсированные заряды на поверхности диэлектрика и в его объеме (на нашем рисунке в объеме появился отрицательный нескомпенсированный заряд). Заметим, что изменение направления поля на обратное приведет к изменению знака всех этих зарядов. Нетрудно также видеть, что в случае пластины из однородного диэлектрика каждое распределение $\rho_{+}^{\prime}(x)$ и $\rho_{-}^{\prime}(x)$ имело бы Побразную форму, и при их относительном смещении в поле E возникли бы только поверхностные нескомпенсированные заряды.

Нескомпенсированные заряды, появляющиеся в результате поляризации диэлектрика, называют поляризационными или с вязанным Последним термином хотят подчеркнуть, что свобода перемещения таких зарядов ограничена. Они могут смещаться лишь внутри электрически нейтральных молекул. Связанные заряды мы будем отмечать штрихом ( $\left.q^{\prime}, \rho^{\prime}, \sigma^{\prime}\right)$.

Итак, при поляризации диэлектрика в нем могут возникать в общем случае и объемные и поверхностные связанные заряды.

Заряды, которые не входят в состав молекул диэлектрика, называют сторонними *. Эти заряды могут находиться как внутри, так и вне диэлектрика.

Поле в диэлектрике. Полем Е в диэлектрике мы будем называть величину, являющуюся суперпозицией поля $\mathbf{E}_{0}$ сторонних зарядов и поля $\mathbf{E}^{\prime}$ связанных зарядов:
* Сторонние заряды часто называют с в ободным и, но последнее название для ряда случаев является неудачным: сторонние заряды бывают и не свободными.

\[
\mathbf{E}=\mathbf{E}_{0}+\mathbf{E}^{\prime},
\]

где $\mathbf{E}_{0}$ и $\mathbf{E}^{\prime}$ представляют собой макрополя, т. е. усредненные по физически бесконечно малому объему микрополя соответственно сторонних и связанных зарядов. Ясно, что определенное таким образом поле Е в диэлектрике является также макрополем.