§ 22-2. Диэлектрики в электростатическом поле
Поляризация диэлектрика. Каков же механизм перераспределения зарядов в диэлектрике? Действие электростатического поля напряжённостью , в которое помещён диэлектрик, сводится к смещению электронов в объёме каждого атома диэлектрика. В результате центр масс электрического заряда электронной оболочки атома смещается относительно центра масс положительного заряда ядра атома. В целом нейтральный атом (молекула) превращается в электрический диполь (ди — два, поль — полюс) (рис. 118.8). Рассмотренное явление получило название электронной поляризации. Механизм электронной поляризации универсален, поскольку проявляется в атомах, молекулах или ионах любого диэлектрика.
Если диэлектрики состоят из молекул, являющихся электрическими диполями в отсутствие внешнего поля, то их называют полярными (вода, аммиак, эфир, ацетон и др.). У полярных диэлектриков в отсутствие внешнего электростатического поля молекулы-диполи, совершая тепловое движение, располагаются хаотически (рис. 118.9, а). Результирующее электрическое поле, создаваемое молекулами-диполями, практически равно нулю.
Под действием внешнего электростатического поля молекулы-диполи стремятся повернуться так, чтобы их оси совпали с направлением напряжённости внешнего поля (рис. 118.9, б). Если направление напряжённости поля перпендикулярно поверхностям, ограничивающим диэлектрик, то одна из этих поверхностей оказывается заряженной отрицательно, а другая — положительно. У неполярных диэлектриков (парафин, бензол, азот и др.) молекулы со сферически симметричным распределением зарядов в отсутствие внешнего электрического поля не создают и собственного поля (рис. 118.9, в). Под влиянием электростатического поля, как уже было рассмотрено, положительные и отрицательные заряды в пределах молекулы несколько смещаются один относительно другого, образуя диполь. Поэтому, как и в случае с полярными диэлектриками, в неполярных диэлектриках на одной поверхности появляется положительный поляризационный заряд, на другой — отрицательный (рис. 118.9, г).
В отличие от свободных зарядов проводника поляризационные заряды в диэлектрике не перемещаются на макроскопические расстояния, поэтому их и называют связанными. Эти заряды нельзя отделить один от другого. Так, если поляризованный диэлектрик разрезать пополам во внешнем электрическом поле, то на одной стороне каждой половинки будет нескомпенсированный положительный заряд, а на другой — отрицательный.