Электрическое поле в диэлектрике

Поместим между обкладками плоского конденсатора диэлектрик из неполярных молекул.

При замыкании ключа пластины заряжаются и диэлектрик, находящийся между ними, поляризуется. Поле, создаваемое поляризационными зарядами в диэлектрике, можно определить как поле, создаваемое в объеме поляризованного диэлектрика, и поля нескомпенсированных зарядов на поверхности диэлектрика, примыкающего к пластинам.

Несмотря на поляризацию, результирующее макроскопическое поле, создаваемое объемным зарядом, равно нулю.

Поле, создаваемое нескомпенсированными зарядами на поверхности, можно представить как поле двух параллельно заряженных плоскостей: где σ‘ – поверхностная плотность нескомпенсированного заряда. Эти заряды можно рассматривать как гигантский диполь, откуда следует, что σ’=P.

DЕ

Силовые линии напряженности электрического поля терпят разрыв на границе диэлектрика, что неудобно при расчетах электрических полей в среде, содержащей диэлектрик

Для ликвидации этого неудобства вводится вспомогательный вектор – вектор электростатической индукции или электрического смещения

=ε₀ +

Трансформация основных соотношений электростатики. Из факта уменьшения напряженности поля в диэлектрике по сравнению с ее значением в вакууме на величину ε следует, что во всех основных соотношениях электростатики, к величине ε₀ необходимо добавить ε:

→ → и т. д.

Теорема Гаусса при наличии диэлектрика. Трудности при вычислении потока вектора через замкнутую поверхность состоят в том, что необходимо суммировать не только свободные, но и связанные заряды, возникающие на границе диэлектрика. Поэтому имеет смысл перейти от вектора Е к вектору D, поскольку его величина не зависит от поляризации диэлектрика (связанных зарядов)

Поток вектора электростатической индукции через замкнутую поверхность равен алгебраической сумме свободных зарядов, заключенных внутри поверхности интегрирования

P.S. Появление вспомогательного вектора D, предназначенного для описания электрического поля в среде, обусловлено пропорциональностью между векторами Р и Е, что выполняется далеко не всегда.

Примеры: анизотропные диэлектрики, сегнетоэлектрики, электреты, переменное электрическое поле. Отсюда следует, что диэлектрическая проницаемость – это тензорная величина, имеющая реальную и мнимую составляющие и зависящая от частоты переменного электрического поля.