Поляризация диэлектриков

Диэлектрическая проницаемость и поляризуемость диэлектрика

поле внутри диэлектрика

Связанный поверхностный заряд создает электрическое поле напряженностью ', направленной в диэлектрике против напряженности внешнего поля ₀ зарядов на пластинах (рис. 1.62). Из-за этого поле внутри диэлектрика ослабляется. Степень ослабления поля зависит от свойств диэлектрика.

Если напряженность электрического поля внутри диэлектрика обозначить через Е, то

Е = Е₀ - Е' (1.15.1)

(см. рис. 1.62). Напряженность Е' определяется поверхностной плотностью заряда σ'. Этот заряд находится на двух противоположных поверхностях диэлектрика.

Каждая поверхность создает электрическое поле напряженностью Е'₁ = 2π|σ'| (в абсолютной системе единиц). Напряженности полей от отрицательно и положительно заряженных поверхностей внутри диэлектрика совпадают по направлению. Поэтому

Е' = 4π|σ'|. (1.15.2)

Плотность поверхностного заряда зависит от свойств диэлектрика и напряженности Е электрического поля внутри него. При Е = 0 σ' также равна нулю. Опыт показывает, что для многих диэлектриков плотность поверхностного заряда прямо пропорциональна напряженности поля*:

|σ'| = αE. (1.15.3)

* Надо иметь в виду, что смещение зарядов в диэлектрике непосредственно определяется полем внутреннего с напряженностью , а не внешним полем с напряженностью ₀.

Коэффициент пропорциональности α называется поляризуемостью диэлектрика или его диэлектрической восприимчивостью. Он характеризует электрические свойства диэлектрика и простым образом связан с диэлектрической проницаемостью ε. Найдем эту связь. Подставив выражение (1.15.3) в формулу (1.15.2), получим значение напряженности поля связанных зарядов в зависимости от напряженности поля внутри диэлектрика:

Е' = 4παЕ. (1.15.4)

Если теперь подставить выражение (1.15.4) в соотношение (1.15.1), то можно выразить напряженность поля в диэлектрике через напряженность внешнего поля:

Стоящая в знаменателе величина характеризует степень ослабления поля; она показывает, во сколько раз уменьшается напряженность электрического поля в однородном диэлектрике. Это и есть диэлектрическая проницаемость среды (см. § 1.4):

ε = 1 + 4πα. (1.15.6)

Таким образом, диэлектрическая проницаемость и поляризуемость являются эквивалентными характеристиками электрических свойств среды.

Сегнетоэлектрики

Отметим в заключение, что, кроме полярных и неполярных диэлектриков, существует еще один тип диэлектриков, которые называют сегнетоэлектриками. Эти вещества обладают рядом замечательных свойств. В частности, они имеют очень большую диэлектрическую проницаемость. Так, например, у сегнетовой соли диэлектрическая проницаемость достигает 10 000. Заметим для сравнения, что среди полярных диэлектриков наибольшей проницаемостью обладает вода (ε = 81). Значение е у неполярных диэлектриков много меньше.

Большой вклад в исследование сегнетоэлектриков был сделан отечественными физиками И. В. Курчатовым, Б. М. Вулом и др.

В электрическом поле связанные заряды, диэлектрика смещаются в противоположные стороны: происходит поляризация диэлектрика. Поляризованный диэлектрик сам создает электрическое поле. Это поле ослабляет внутри диэлектрика внешнее электрическое поле.

1. Мржно ли объяснить отсутствие зарядов внутри проводника тем, что одноименные заряды отталкиваются?

2. Внутри проводящей сферы расположен положительный точечный заряд (рис. 1.63). Начертите линии напряженности внутри и вне сферы. Как будет изменяться поверхностная плотность заряда на внутренней и внешней поверхностях сферы, если заряд перемещать внутри сферы?

<<< К началу параграфа