Электропроводность диэлектриков. виды диэлектриков, их свойства и применение

Электропроводность твердых тел

Она объясняется перемещением не только ионов самого изолятора, но и заряженных частиц примесей, содержащихся внутри твердого материала. По мере прохождения через твердый изолятор происходит частичное удаление примесей, что постепенно сказывается на проводимости тока. Учитывая особенности строения кристаллической решетки, перемещение заряженных частиц обусловлено флуктуацией теплового движения.

При невысоких температурах происходит движение положительных и отрицательных ионов примесей. Такие виды изоляции характерны для веществ с молекулярной и атомной кристаллической структурой.

Для анизотропных кристаллов величина удельной проводимости меняется в зависимости от его осей. К примеру, в кварце в направлении, расположенном параллельно основной оси, она превышает в 1000 раз перпендикулярное положение.

В твердых пористых диэлектриках, где практически нет влаги, незначительное повышение электрического сопротивления приводит к повышению их электрического сопротивления. У веществ, которые содержат примеси, растворимые в воде, наблюдается существенное уменьшение объемного сопротивления из-за изменения влажности.

1.2. Электропроводность газов

Газы  при небольших значениях напряженности  электрического поля обладают очень  малой проводимостью. Ток в газах может возникнуть только при наличии в них ионов или свободных электронов. Ионизация нейтральных молекул газа возникает либо под действием внешних факторов, либо вследствие соударений ионизированных частиц самого газа, ускоренных электрическим полем, с молекулами газа (ударная ионизация).      Внешними  факторами, вызывающими ионизацию  газа, являются рентгеновские, ультрафиолетовые и космические лучи, радиоактивное  излучение, а также термическое  воздействие (сильный нагрев газа).      Одновременно  с процессом ионизации, при котором происходит образование положительных и отрицательных ионов или электронов, часть положительных ионов, соединяясь с отрицательными частицами, образует нейтральные молекулы. Этот процесс называют рекомбинацией.      Наличие рекомбинации препятствует безграничному росту числа ионов в газе и объясняет установление определенной концентрации ионов спустя короткое время после начала действия внешнего ионизатора.      Предположим, что ионизированный газ находится  между двумя плоскими параллельными  электродами, к которым приложено электрическое напряжение. Ионы под влиянием напряжения перемещаются, и в цепи возникает ток. Часть ионов нейтрализуется на электродах, часть исчезает за счет рекомбинации.      На  рис.3 показана зависимость тока от напряжения для газа. Начальный участок кривой до напряжения соответствует выполнению закона Ома, когда число положительных и отрицательных ионов можно считать не зависящим от напряжения. В газовом промежутке ток пропорционален напряжению, плотность тока пропорциональна напряженности поля. Рис. 3. Зависимость тока от напряжения для газа          По  мере возрастания приложенного напряжения ионы уносятся к электродам, не успевая  рекомбинировать, и при некотором  напряжении все ионы, создаваемые  в газовом промежутке, разряжаются на электродах. Дальнейшее увеличение напряжения уже не вызовет возрастания тока, что соответствует горизонтальному участку кривой рис. 3 (ток насыщения при напряжениях от ). Ток насыщения для воздуха в нормальных условиях и расстояния между электродами наблюдаются при напряженностях поля около .      Плотность тока насыщения в воздухе весьма мала и составляет около . Поэтому воздух можно рассматривать как совершенный диэлектрик, до тех пор, пока не создадутся условия для появления ударной ионизации. Ток при увеличении напряжения остается постоянным, пока ионизация осуществляется под действием внешних факторов. При возникновении ударной ионизации (выше на рис. 3) ток начинает быстро увеличиваться с возрастанием напряжения.

Пробой диэлектриков

Плот­ность элек­трич. то­ка $j$ че­рез Д. про­пор­цио­наль­на на­пря­жён­но­сти элек­трич. по­ля $\boldsymbol E$ (за­кон Ома): $\boldsymbol j=σ\boldsymbol E$, где $σ$ – элек­трич. про­во­ди­мость Д. Од­на­ко в дос­та­точ­но силь­ных по­лях ток на­рас­та­ет бы­ст­рее, чем по за­ко­ну Ома. При не­ко­то­ром кри­тич. зна­че­нии $E_{пр}$ на­сту­па­ет элек­трич. про­бой Д. Ве­ли­чи­на $Е_{пр}$ на­зы­ва­ет­ся элек­трич. проч­но­стью Д. При про­бое поч­ти весь ток те­чёт по уз­ко­му ка­на­лу (см. Шну­ро­ва­ние то­ка). В этом ка­на­ле $j$ дос­ти­га­ет боль­ших ве­ли­чин, что мо­жет при­вес­ти к раз­ру­ше­нию Д.: об­ра­зу­ет­ся сквоз­ное от­вер­стие или Д. про­плав­ля­ет­ся по ка­на­лу. В ка­на­ле мо­гут про­те­кать хи­мич. ре­ак­ции; напр., в ор­га­ни­че­ских Д. оса­ж­да­ет­ся уг­ле­род, в ион­ных кри­стал­лах – ме­талл (ме­тал­ли­за­ция ка­на­ла) и т. п. Про­бою спо­соб­ст­ву­ют все­гда при­сут­ст­вую­щие в Д. не­од­но­род­но­сти, по­сколь­ку в мес­тах не­од­но­род­но­стей по­ле $E$ мо­жет ло­каль­но воз­рас­тать.

В твёр­дых Д. раз­ли­ча­ют те­п­ло­вой и элек­трич. про­бои. При те­п­ло­вом про­бое с рос­том $j$ рас­тёт ко­ли­че­ст­во те­п­ло­ты, вы­де­ляе­мое в Д., и, сле­до­ва­тель­но, темп-ра Д., что при­во­дит к уве­ли­че­нию чис­ла но­си­те­лей за­ря­да $n$ и умень­ше­нию удель­но­го элек­трич. со­про­тив­ле­ния $ρ$. При элек­трич. про­бое с рос­том по­ля воз­рас­та­ет ге­не­ра­ция но­си­те­лей за­ря­да под дей­ст­ви­ем по­ля и $ρ$ то­же умень­ша­ет­ся.

Элек­трич. проч­ность жид­ких ди­элек­три­ков в силь­ной сте­пе­ни за­ви­сит от чис­то­ты жид­ко­сти. На­ли­чие при­ме­сей и за­гряз­не­ний су­ще­ст­вен­но по­ни­жа­ет $E_{пр}$. Для чис­тых од­но­род­ных жид­ких Д. $E_{пр}$ близ­ка к $E_{пр}$ твёр­дых Д. Про­бой в га­зе свя­зан с удар­ной ио­ни­за­ци­ей и про­яв­ля­ет­ся в ви­де элек­три­че­ско­го раз­ря­да.

Диэлектрики в электрическом поле. Классификация, связанные заряды, вектор поляризованности. Связь между диэлектрической проницаемостью и восприимчивостью, связанными зарядами и поляризованностью

Связанные заряды. В результате процесса поляризации в объеме (или на поверхности) диэлектрика возникают нескомпенсированные заряды, которые называются поляризационными, или связанными.

Частицы, обладающие этими зарядами, входят в состав молекул и под действием внешнего электрического поля смещаются из своих положений равновесия, не покидая молекулы, в состав которой они входят. Связанные заряды характеризуют поверхностной плотностью . Выделим в поляризованном диэлектрике наклонную призму с основанием S и ребром L, параллельным вектору поляризации P (рис. 2.4). В результате поляризации на одном из оснований призмы появятся отрицательные заряды с поверхностной плотностью , а на другой положительные заряды с плотностью . С макроскопической точки зрения, рассматриваемый объем эквивалентен диполю, образованному зарядами и , которые отстоят друг от друга на расстояние L, тогда электрический момент призмы равен .

С другой стороны, электрический момент единицы объема равен

P

Приравняв друг к другу оба выражения для электрического момента, получаем, что поверхностная плотность связанных зарядов равна нормальной составляющей вектора поляризации:

• где n — единичный вектор нормали к поверхности диэлектрика.
• Если вектор поляризации P различен в разных точках объема диэлектрика, то в диэлектрике возникают объемные поляризационные заряды, объемная плотность которых .

Электрическое поле в диэлектрике. Рассмотрим плоский однородный диэлектрический слой, расположенный между двумя разноименно заряженными плоскостями (рис. 2.5). Пусть напряженность электрического поля, которое создается этими плоскостями в вакууме, равна ,

где — поверхностная плотность зарядов на пластинах (эти заряды называют свободными). Под действием поля диэлектрик поляризуется, и на его гранях появляются поляризационные или связанные заряды. Эти заряды создают в диэлектрике электрическое поле , которое направлено против внешнего поля .

1. ,
2. где — поверхностная плотность связанных зарядов. Результирующее поле внутри диэлектрика
3. .

Поверхностная плотность связанных зарядов меньше плотности свободных зарядов, и не все поле E0 компенсируется полем диэлектрика: часть линий напряженности проходит сквозь диэлектрик, другая часть обрывается на связанных зарядах (рис. 2.5). Вне диэлектрика . Следовательно, в результате поляризации поле внутри диэлектрика оказывается слабее, чем внешнее .

где — диэлектрическая проницаемость среды. Из формулы видно, что диэлектрическая проницаемость показывает, во сколько раз напряженность поля в вакууме больше напряженности поля в диэлектрике. Для вакуума , для диэлектриков .

• Электрическая поляризуемость среды характеризуется величиной диэлектрической восприимчивости, являющейся коэффициентом линейной связи между поляризацией диэлектрика P и внешним электрическим полем E в достаточно малых полях:
• Восприимчивость связана с диэлектрической проницаемостью ε соотношением

Электроемкость (определение, единицы измерения). Емкость конденсатора. Плоский конденсатор.

1. Единицы емкости.
2. Емкостью 1Ф (фарад) обладает такой проводник, у которого потенциал возрастает на 1 В при сообщении ему заряда в 1 Кл.
3. Емкостью 1Ф обладал бы уединенный шар, радиус которого был бы равен 13 радиусам Солнца.
4. Емкость Земли 700 мкФ
5. Если проводник не уединенный, то потенциалы складываются по правилу суперпозиции и емкость проводника меняется.
6. Конденсаторы (condensare — сгущение).

Можно создать систему проводников, емкость которой не зависит от окружающих тел. Первые конденсаторы — лейденская банка (Мушенбрук, сер. XVII в.).

Конденсатор представляет собой систему из двух проводников, разделенных слоем диэлектрика, толщина которого мала по сравнению с размерами проводников. Проводники наз.

обкладками конденсатора.

Если заряды пластин конденсатора одинаковы по модулю и противоположны по знаку, то под зарядом конденсатора понимают абсолютное значение заряда одной из его обкладок.

Электроемкостью конденсатора называют отношение заряда конденсатора к разности потенциалов между обкладками: .

При подключении конденсатора к батарее аккумуляторов происходит поляризация диэлектрика внутри конденсатора и на обкладках появляютсязаряды — конденсатор заряжается. Электрические поля окружающих тел почти не проникают через металлические обкладки и не влияют на разность потенциалов между ними.

Классификация

Все диэлектрические материалы подразделяют на полярные и неполярные виды. У полярных изоляторов центры положительных и отрицательных зарядов смещены от центра. Молекулы таких веществ по своим электрическим параметрам аналогичны жесткому диполю, имеющему свой дипольный момент. В качестве полярных диэлектриков можно привести воду, аммиак, хлороводород.

Неполярные диэлектрики отличаются совпадением центров положительных и отрицательных зарядов. Они сходны по электрическим характеристикам упругому диполю. Примерами таких изоляторов являются водород, кислород, тетрахлорметан.

Особенности газообразного состояния

Газообразные диэлектрики имеют незначительную электропроводность в том случае, если напряженность поля принимает минимальные значения. Возникновение тока в газообразных веществах возможно только в тех случаях, когда в них присутствуют свободные электроны либо заряженные ионы.

Газообразные диэлектрики являются качественными изоляторами, поэтому используются в современной электронике в больших объемах. Ионизация в таких веществах обуславливается внешними факторами.

Из-за соударений ионов газа, а также при термическом воздействии, ультрафиолетовом или рентгеновском действии, наблюдается и процесс образования нейтральных молекул (рекомбинация). Благодаря этому процессу ограничивается увеличение количества ионов в газе, устанавливается определенная концентрация заряженных частиц через короткий временной промежуток после воздействия внешнего источника ионизации.

В процессе возрастания напряжения, прикладываемого к газу, увеличивается движение ионов к электродам. Они не успевают рекомбинироваться, поэтому осуществляется их разряжение на электродах. При последующем повышении напряжения ток не возрастает, его именуют током насыщения.

Рассматривая неполярные диэлектрики, отметим, что воздух является совершенным изолятором.

Закон Кулона

Закон Кулона был открыт экспериментально: в опытах с использованием крутильных весов измерялись силы взаимодействия заряженных шаров.

Закон Кулона формулируется так:
сила взаимодействия ​\( F \)​ двух точечных неподвижных электрических зарядов в вакууме прямо пропорциональна их модулям ​\( q_1 \)​ и \( q_2 \) и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними ​\( r \)​:

где ​\( k=\frac{1}{4\pi\varepsilon_0}=9\cdot10^9 \)​ (Н·м2)/Кл2 – коэффициент пропорциональности,
​\( \varepsilon_0=8.85\cdot10^{-12} \)​ Кл2/(Н·м2) – электрическая постоянная.

Коэффициент ​\( k \)​ численно равен силе, с которой два точечных заряда величиной 1 Кл каждый взаимодействуют в вакууме на расстоянии 1 м.

Сила Кулона направлена вдоль прямой, соединяющей взаимодействующие заряды. Заряды взаимодействуют друг с другом с силами, равными по величине и противоположными по направлению.

Значение силы Кулона зависит от среды, в которой они находятся. В этом случае формула закона:

где ​\( \varepsilon \)​ – диэлектрическая проницаемость среды.

Закон Кулона применим к взаимодействию

• неподвижных точечных зарядов;
• равномерно заряженных тел сферической формы.

В этом случае ​\( r \)​ – расстояние между центрами сферических поверхностей.

Важно!
Если заряженное тело протяженное, то его необходимо разбить на точечные заряды, рассчитать силы их попарного взаимодействия и найти равнодействующую этих сил (принцип суперпозиции)

Масса!

У электрона есть масса – она мала по сравнению с массой любого атома, поэтому про неё обычно можно забыть в начальных классах химии, но она не настолько мала, чтобы забыть о ней в физике частиц и даже в понимании структуры атомов. Хотя электроны не вносят значительного вклада в массу атома, масса электрона необходима для определения размера атома

В этом, в частности, заключается важность поля и частицы Хиггса. Эту массу можно записать по-разному, и каждый из способов даёт вам свою перспективу:

• Она равна примерно 9 × 10-31 кг = 0.000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 9 кг.
• Она равна примерно 0,05% (точнее, 1/1838) массы атома водорода – легчайшего атома в природе. Большая часть его массы содержится в его ядре.
• Энергия, хранящаяся в массе электрона, E = mc2, равна 0,000 511 ГэВ. Это в 200 000 раз больше энергии, переносимой одним фотоном зелёного цвета. В физике частиц масса частицы часто записывается через обратное взаимоотношение энергии и массы: для стационарной частицы m = E / c2. В этих терминах масса электрона равна 0,000511 ГэВ / c2.

Измерение индукции и напряженности.

Физики всегда радуются,
когда удается указать принципиальный способ измерения какой-либо величины. Вырежем
внутри диэлектрика длинную узкую полость вдоль поля и поместим туда пробный
заряд, равный 1 Кл. (рис.11.17). Влиянием поляризационных зарядов на торцах
полости можно пренебречь, поэтому поле будет создаваться только зарядами у внешней
поверхности диэлектрика, а это и есть напряженность внутри диэлектрика. Следовательно,
напряженность численно равна силе, которую можно измерить механическими способами.

Теперь вырежем полость поперек поля (рис.11.18)

Поля наружных и внутренних поляризационных зарядов компенсируют друг друга,
и останется только внешнее поле, а его индукция и есть индукция внутри диэлектрика
в соответствии с (11.30). Следовательно, измеряем силу, умножаем на e
и получаем индукцию внутри диэлектрика.

Конечно, эти способы представляют только теоретический интерес. Для однородного
поля все гораздо проще. Измерив разность потенциалов между пластинами, и зная
расстояние между ними, определяем напряженность E=Dj/d,
опираясь на связь напряженности и потенциала (7.8).
Построив на любой из пластин поверхность в форме консервной банки и применив
теорему Гаусса (11.21), имеем D=q/S,
то есть нужно определить заряд на пластинах и измерить их площадь.

Электропроводность

Электропроводность диэлектриков объясняется присутствием в их молекулах незначительного числа свободных электронов. При смещении зарядов внутри вещества за некоторый промежуток времени, наблюдается постепенное установление равновесного положения, что и является причиной появления тока. Электропроводность диэлектриков существует в момент выключения и включения напряжения. Технические образцы изоляторов имеют максимальное количество свободных зарядов, поэтому в них появляются незначительные сквозные токи.

Электропроводность диэлектриков в случае постоянного значения напряжения вычисляется по сквозному току. Данный процесс предполагает выделение и нейтрализацию на электродах имеющихся зарядов. В случае переменного напряжения на величину активной проводимости влияет не только сквозной ток, но и активные компоненты поляризационных токов.

Электрические свойства диэлектриков зависят от плотности тока, сопротивления материала.

Определение

Внешний электрический поле, приложенное к диэлектрическому материалу, вызывает смещение связанных заряженных элементов. Это элементы, которые связаны с молекулами и не могут свободно перемещаться по материалу. Положительно заряженные элементы смещаются в направлении поля, а отрицательно заряженные элементы смещаются противоположно направлению поля. Молекулы могут оставаться нейтральными по заряду, но при этом формируется электрический дипольный момент.

Для определенного элемента объема Δ V {\ displaystyle \ Delta V}в материале, который несет дипольный момент Δ p {\ displaystyle \ Delta \ mathbf {p}}, мы определяем плотность поляризации P:

P = Δ p Δ V {\ displaystyle \ mathbf {P} = { \ frac {\ Delta \ mathbf {p}} {\ Delta V}}}

Обычно дипольный момент Δ p {\ displaystyle \ Delta \ mathbf {p}}изменяется от точки к точке внутри диэлектрика. Следовательно, плотность поляризации P диэлектрика внутри бесконечно малого объема dV с бесконечно малым дипольным моментом d p равна:

P = dpd V (1) {\ displaystyle \ mathbf {P} = {\ mathrm {d} \ mathbf {p} \ over \ mathrm {d} V} \ qquad (1)}

Чистый заряд, возникающий в результате поляризации, называется связанным зарядом и обозначается Q b {\ displaystyle Q_ {b}}.

Это определение плотности поляризации как «дипольного момента на единицу объема» широко распространено, хотя в некоторых случаях может приводить к двусмысленностям и парадоксам.

Вектор поляризованности. Связь вектора поляризованности с плотностью связанных зарядов.

Для описания макроскопических электрических свойств диэлектриков достаточно ограничиться представлением о том, что в них отсутствуют свободные носители заряда, и при помещении диэлектрика в электрическое поле в материале возбуждается множество микроскопических диполей.

Приобретаемый молекулой дипольный момент пропорционален напряженности поля, в котором находится молекула. В системе СИ он записывается, как

где коэффициент пропорциональности β называется поляризуемостью молекулы.

Для вещества, состоящего из полярных молекул, под действием момента сил происходит преимущественное выстраивание молекул в направлении внешнего поля. В обоих случаях (неполярных и полярных молекул) в результате появляется дипольный момент и у всего объема диэлектрика. Средний дипольный момент, индуцированный полем в единице объема, называется поляризованностью диэлектрика:

где суммирование производится по всем молекулам, находящимся в объеме DV, а дипольный момент p каждой молекулы определяется суммированием по всем заряженным частицам, входящим в молекулу:

где e_i — заряд каждой частицы, а l_i — ее смещение под действием электрического поля.

Домножив и разделив правую часть на число молекул DN, находящихся в объеме DV, получим еще одно выражение для поляризованности:

где n = DN / DV — концентрация молекул, а — средний диполный момент молекулы.

Вообще говоря, P меняется в диэлектрике от точки к точке, но для широкого класса веществ в каждой точке P

E. Существуют вещества, обладающие поляризованностью и в отсутствие внешнего поля, однако здесь они не рассматриваются.

Поскольку в целом молекулы нейтральны, то именно дипольный момент и определяет электрическое поле, создаваемое самим материалом, когда его помещают во внешнее поле. В силу принципа суперпозиции поле внутри диэлектрика есть сумма внешнего поля и поля от всех диполей, индуцированных в диэлектрике:

где E0 — напряженность поля сторонних зарядов, а E’ — связанных зарядов. Связанными зарядами называются нескомпенсированные заряды, появляющиеся в результате поляризации молекул диэлектрика, тогда как сторонними — свободные заряды, находящиеся в диэлектрике или вне его. E0 и E’ представляют собой макрополя, т.е. усредненные по некоторому малому объему микрополя, создаваемые сторонними и связанными зарядами, соответственно.

Так как каждая молекула поляризуется под воздействием как поля сторонних зарядов, так и поля, создаваемого всеми другими поляризованными молекулами, то поляризованность диэлектрика пропорциональна напряженности именно суммарного поля:

где греческой буквой «каппа» обозначена, так называемая, диэлектрическая восприимчивость. Для изотропных диэлектриков k — просто коэффициент, и векторы P и E в этом случае совпадают по направлению. В общем случае это не так. Заметим, что пропорциональность поляризованности напряженности поля имеет место для широкого класса диэлектриков, однако существуют вещества (сегнетоэлектрики) для которых зависимость P от E имеет гораздо более сложный характер.

При поляризации однородного диэлектрика смещения зарядов внутри любого выбранного слоя внутри диэлектрика происходят таким образом, что количество связанного заряда, покидающего слой, равно заряду, входящему в него.

Если однородный и изотропный диэлектрик полностью заполняет объем, ограниченный эквипотенциальными поверхностями поля сторонних зарядов, то напряженность поля внутри диэлектрика в e раз меньше, чем напряженность поля сторонних зарядов.

Продемонстрируем справедливость приведенного утверждения на примере плоского конденсатора. Предположим, что пространство между обкладками плоского конденсатора заполнено однородным и изотропным диэлектриком. Тогда на поверхности диэлектрика, прилегающей к пластине с положительным зарядом, появится индуцированный связанный отрицательный заряд, а на противоположной поверхности диэлектрика – индуцированный связанный положительный заряд. Этот связанный заряд s’ является источником электрического поля с напряженностью

причем, согласно, s’ = Pn, где Pn – нормальная составляющая вектора поляризованности.

В результате, в силу принципа суперпозиции поле внутри диэлектрика окажется векторной суммой полей, создаваемых сторонним зарядом, находящимся на обкладках конденсатора, и поверхностным связанным зарядом:

причем векторы E и E’ коллинеарны и направлены навстречу друг другу. Поэтому модуль вектора напряженности будет равен

Так как диэлектрик предполагается однородным и изотропным, то поляризованность диэлектрика пропорциональна напряженности поля:

Слайд 6 Соответственно трем группам диэлектриков различают три вида поляризации:

электронная, или деформационная, поляризация диэлектрика с неполярными молекулами.

заключающаяся в возникновении у атомов индуцированного дипольного момента за счет деформации электронных орбит; ориентационная, или дипольная, поляризация диэлектрика с полярными молекулами, заключающаяся в ориентации имеющихся дипольных моментов молекул по полю. Тепловое движение препятствует полной ориентации молекул, но в результате совместного действия обоих факторов (электрическое поле и тепловое движение) возникает преимущественная ориентация дипольных моментов молекул по полю. Эта ориентация тем сильнее, чем больше напряженность электрического поля и ниже температура; ионная поляризация диэлектриков с ионными кристаллическими решетками. заключающаяся в смещении подрешетки положительных ионов вдоль поля, а отрицательных — против поля, приводящем к возникновению дипольных моментов.

2.2 Поляризация диэлектриков

При помещении диэлектрика во внешнее электрическое поле он поляризуется, т.е. приобретает отличный от нуля дипольный момент . Для количественного описания поляризации диэлектрика пользуются векторной величиной – поляризованностью, определяемой как дипольный момент единицы объема диэлектрика: (9.1) Из опыта следует, что для большого класса диэлектриков (за исключением сегнетоэлектриков) поляризованность  линейно зависит от напряжения поля . Если диэлектрик изотропный и  не слишком велико, то (9.2)

Для установления количественных закономерностей поля в диэлектрике внесем в однородное внешнее электрическое поле (создается двумя бесконечными параллельными разноименно заряженными плоскостями) пластинку из однородного диэлектрика, расположив ее так, как показано на рисунке 9.1.

рис 9.1

Под действием поля диэлектрик поляризуется, т.е. происходит смещение зарядов: положительные смещаются по полю, отрицательные – против поля. В результате этого на правой грани диэлектрика, обращенного к отрицательной плоскости, будет избыток положительного заряда с поверхностной плотностью + на левой – отрицательного заряда с поверхностной плотностью -. Эти некомпенсированные заряды, появляющиеся в результате поляризации диэлектрика, называются связанными. Так как их поверхностная плотность  меньше плотности  свободных зарядов плоскостей, то не все поле  компенсируется полем зарядов диэлектрика: часть линий напряженности пройдет сквозь диэлектрик, другая же часть – обрывается на связанных зарядах. Следовательно, поляризация диэлектрика вызывает уменьшение в нем поля по сравнению с первоначальным внешним полем. Вне диэлектрика .

Таким образом, появление связанных зарядов приводит к возникновению дополнительного электрического поля (поля, создаваемого связанными зарядами), которое направлено против внешнего поля ( поля, создаваемого свободными зарядами) и ослабляет его. 

(9.3)

Определим поверхностную плотность связанных зарядов .По (9.1), полный дипольный момент пластинки диэлектрика pV = PV = PSd, где S – площадь грани пластинки, d – ее толщина. С другой стороны, полный дипольный момент, согласно (7.1), равен произведению связанного заряда каждой грани S на расстояние d между ними, т.е. pV = Sd. Таким образом, PSd = Sd, или

(9.4)

т.е. поверхностная плотность связанных зарядов равна поляризованности Р.

Подставив в (9.3) выражения (9.4) и (9.2), получим

откуда напряженность результирующего поля внутри диэлектрика равна

(9.5)

Безразмерная величина

(9.6)

называется диэлектрической проницаемостью среды. Сравнивая (9.5) и (9.6), видим, что показывает, во сколько раз поле ослабляется диэлектриком, и характеризует количественно свойство диэлектрика поляризоваться в электрическом поле.