47. ПОЛЯРИЗАЦИЯ ДИЭЛЕКТРИКОВ. ДИЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРОНИЦАЕМОСТЬ

Поляризация полярных диэлектриков. Полярный диэлектрик состоит из молекул, которые можно рассматривать как электрические диполи. Тепловое движение приводит к хаотической ориентации диполей (рис. 120, а). Из-за этого на поверхности диэлектрика, а также и в любом его объеме, содержащем большое число молекул (заштрихованный прямоугольник на рис. 120, а), электрический заряд в среднем равен нулю. Напряженность электрического поля в диэлектрике в среднем также равна нулю.

Поместим диэлектрик между двумя параллельными металлическими пластинами, несущими заряды противоположного знака. Если размеры пластин много больше расстояния между ними, то поле между пластинами однородно (см. § 43). Со стороны этого поля на каждый электрический диполь будут действовать две силы, одинаковые по модулю и противоположные по направлению (рис. 121). Они создают момент силы, стремящейся повернуть диполь так, чтобы ось его была направлена по силовым линиям поля (рис. 122). Положительные заряды смещаются при этом в направлении электрического поля, а отрицательные — в противоположную сторону.

Рис. 120

Рис. 121

Рис. 122

Смещение положительных и отрицательных связанных зарядов диэлектрика в противоположные стороны называют поляризацией.

Хаотическое тепловое движение препятствует созданию упорядоченной ориентации всех диполей. Только при температуре, равной абсолютному нулю, все диполи выстроились бы вдоль силовых линий. Таким образом, под влиянием поля происходит лишь частичная ориентация электрических диполей. Это означает, что в среднем число диполей, ориентированных вдоль поля, больше, чем число диполей, ориентированных против поля. На рисунке 120, б видно: у положительной пластины на поверхности диэлектрика появляются преимущественно отрицательные заряды диполей, а у отрицательно заряженной — положительные. В результате на поверхности диэлектрика возникает связанный заряд. Внутри диэлектрика положительные и отрицательные заряды диполей компенсируют друг друга и средний связанный электрический заряд по-прежнему равен нулю.

Поляризация неполярных диэлектриков. Неполярный диэлектрик в электрическом иоле также поляризуется. Под действием поля положительные и отрицательные заряды молекулы смещаются в противоположные стороны и центры распределения положительного и отрицательного зарядов перестают совпадать, как и у полярной молекулы. Такие деформированные молекулы можно рассматривать как электрические диполи, оси которых направлены вдоль поля. На поверхностях диэлектрика, примыкающих к заряженным пластинам, появляются связанные заряды, как и при поляризации полярного диэлектрика.

Диэлектрическая проницаемость. Связанный заряд создает электрическое поле напряженности направленной в диэлектрике против напряженности внешнего поля зарядов на пластинах (рис. 123). Из-за этого иоле внутри диэлектрика ослабляется. Степень ослабления поля зависит от свойств диэлектрика.

Для характеристики электрических свойств диэлектриков вводится особая величина, называемая диэлектрической проницаемостью.

Диэлектрическая проницаемость среды — это физическая величина, показывающая, во сколько раз напряженность электрического поля Е внутри однородного диэлектрика меньше напряженности поля в вакууме.

Рис. 123

Обозначив диэлектрическую проницаемость через будем иметь:

Соответственно напряженность электрического поля точечного заряда, заряженного шара и плоскости, помещенных в однородный диэлектрик, меньше в раз, чем в вакууме. Для точечного заряда и шара вместо (813) справедлива формула

Для заряженной плоскости в однородном диэлектрике вместо (8.14) имеет место формула

Сила взаимодействия точечных зарядов в однородном диэлектрике также убывает в раз за счет уменьшения напряженности поля. Закон Кулона для зарядов, помещенных в однородный диэлектрик, запишется в виде:

Таким образом, силы взаимодействия между заряженными телами в отличие от сил всемирного тяготения зависят от свойств среды, в которой они находятся

1. Чему равна напряженность поля внутри проводника в случае равновесия зарядов? 2. Как распределяется по проводнику сообщенный ему заряд? 3. Чему равна напряженность поля заряженного проводящего шара? 4. Чему равна напряженность поля равномерно заряженной плоскости? 5. Какие диэлектрики называют полярными и какие — неполярными? 6. Что называют поляризацией диэлектрика? 7. Что называют диэлектрической проницаемостью?