Электрическое поле внутри диэлектрика

Вещества, в которых отсутствуют свободные заряды, называют диэлектриками. В диэлектриках электрические заряды связаны друг с другом.

При внесении диэлектрика во внешнее электрическое поле в нем возникает некоторое перераспределение зарядов, входящих в состав атомов или молекул. В результате такого перераспределения на поверхности диэлектрического образца появляются избыточные нескомпенсированные связанные заряды. Все заряженные частицы, образующие макроскопические связанные заряды, по-прежнему входят в состав своих атомов.

Полярные диэлектрики.
В молекулах некоторых веществ центры распределения положительных и отрицательных зарядов не совпадают. Такие диэлектрики называют полярными диэлектриками. Полярный диэлектрик состоит из молекул, которые можно рассматривать как электрические диполи. При внесении полярных диэлектриков в электростатическое поле происходит смещение положительных и отрицательных зарядов диполя в противоположные стороны. Такое явление называется поляризацией.
Рис. 1. Ориентационный механизм поляризации полярного диэлектрика

Молекула полярного диэлектрика поворачивается в электростатическом поле. К полярным диэлектрикам относятся, например, молекула воды, а также молекулы ряда других диэлектриков (H2S, NO2 и т. д.). В результате на поверхности диэлектрика появляется связанный поверхностный заряд, внутри диэлектрика отрицательные и положительные заряды компенсируют друг друга, и общий электрический заряд внутри проводника равен нулю. Поляризация полярных диэлектриков сильно зависит от температуры, так как тепловое движение молекул играет роль дезориентирующего фактора.

Неполярные диэлектрики.
Диэлектрики, в которых центры распределения положительных и отрицательных зарядов совпадают, называются неполярными. При внесении неполярного диэлектрика в электростатическое поле на положительные и отрицательные частицы начинают действовать силы, направленные в противоположные стороны. В результате центры положительных и отрицательных зарядов перестают совпадать. Такие деформированные молекулы можно рассматривать как диполи. К числу неполярных диэлектриков относятся кислород, инертные газы, метан.

У метана четырехкратно ионизированный ион углерода располагается в центре правильной пирамиды, в вершинах которой находятся ионы водорода При наложении внешнего электрического поля ион углерода смещается из центра пирамиды, и у молекулы возникает дипольный момент, пропорциональный внешнему полю.
Рис. 2. Поляризация атома
Рис. 3. Поляризация неполярного диэлектрика

На поверхности неполярного диэлектрика появляется связанный поверхностный заряд, как и у полярного диэлектрика.