Диэлектрики.

Диэлектрики могут быть неполярными, полярными и ионными. Неполярные диэлектрики состоят из симметричных молекул, не обладающих собственным дипольным моментов (N₂, H₂, O₂, CO₂ и др.). В состав полярных диэлектриков входят асимметричные молекулы, у которых есть собственные дипольные моменты, однако, если электрическое поле отсутствует, их дипольные моменты направлены хаотично и средний дипольный момент равен нулю. Примерами полярных диэлектриков могут служить следующие вещества: H₂O, CO, SO₂ и др. Можно выделить также класс ионных диэлектриков, которые представляют собой две ионные решетки, вдвинутые одна в другую, например NaCl, KCl, KBr и др.

Механизм воздействия электрического поля на различного вида диэлектрики разный. В случае полярных диэлектриков на каждую молекулу действует вращательный момент, заставляющий выстраиваться молекулы вдоль электрического поля. В неполярных диэлектриках у каждой молекулы появляется наведенный дипольный момент.

В ионных диэлектриках в электрическом поле положительные и отрицательные заряды сдвигаются в различные стороны, что приводит к появлению дипольного момента.

Для количественного описания электрического поля в диэлектриках вводится следующее понятие -

Поляризованность - дипольный момент единицы объема . Поляризованность пропорциональна напряженности , где χ - электрическая восприимчивость.

Если мы поместим между двумя пластинами диэлектрик, то в нём дипольные моменты ориентируются вдоль поля таким образом, что напряженность внутри диэлектрика уменьшается. На поверхности диэлектрика появляются индуцированные связанные заряды. Мы можем рассматривать их как диполь . С другой стороны этот дипольный момент равен . Отсюда следует, что .

Более строгое рассмотрение показывает, что нормальная составляющая поляризованности равна поверхностной плотности связанных зарядов.

Внутри диэлектрика

Отсюда . Мы обозначили . Эта величина называется относительной диэлектрической проницаемостью.

Индукция (смещение) .

Теорема Гаусса для диэлектриков.

Q_i - свободные заряды.

Конденсатор

Электрическая емкость . Единица измерения - Фарад.

Плоский конденсатор – это две пластины площадью S, разделённые диэлектриком толщиной d. Если на одну из пластин поместить заряд q, то на противоположной пластине индуцируется такой же заряд противоположного знака (- q). Ёмкостью называется отношение q/U, где U - разность потенциалов между двумя пластинами.

Вычислим емкость плоского конденсатора. Поверхностная плотность заряда σ = q/S, тогда напряженность электрического поля . Фактор 2 учитывает, что поля от обеих пластин складываются. Теперь мы можем вычислить разность потенциалов между пластинами. Для однородного поля , где d - расстояние между пластинами. . Окончательно получим . Если пространство между пластинами заполнено диэлектриком .