Диэлектрики в электрическом поле
Диэлектриками называются вещества, не проводящие электрического тока. В них отсутствуют свободные электрические заряды. По своим электрическим свойствам молекулы диэлектрика эквивалентны электрическим диполям с моментом $p_e = q\cdot l$, где $q$ — суммарная величина положительных (или равных им отрицательных) зарядов молекулы, $l$ — расстояние между центрами тяжести положительных и отрицательных зарядов. Если в отсутствие внешнего электрического поля $l = 0$, то диэлектрики называются неполярными; если в тех же условиях $l \neq 0$, то диэлектрики называются полярными.
В молекулах неполярных диэлектриков ($\text{H}_2, \text{N}_2, \text{CCl}_4$, углеводороды и др.) центры тяжести положительных и отрицательных зарядов в отсутствие внешнего поля совпадают и дипольный момент молекулы равен нулю. При помещении таких диэлектриков во внешнее электрическое поле происходит деформация молекулы (атома) и возникает индуцированный дипольный электрический момент молекулы (индуцированный, или квазиупругий, диполь), пропорциональный напряженности поля $\vec Е$: $$\vec p_e = \varepsilon _0 \alpha \vec E \ \ (СИ), \ \ \ \ \ (31)$$ $$\vec p_e = \alpha \vec E \ \ (СГС), \ \ \ \ \ (31а)$$ где $\alpha $ — коэффициент поляризуемости (поляризуемость) молекулы или атома, $\varepsilon _0$ — электрическая постоянная. Тепловое движение молекул неполярных диэлектриков не влияет на возникновение у них дипольных моментов: $\alpha $ не зависит от температуры.
Молекулы полярных диэлектриков ($\text{H}_2\text{O}, \text{NH}_3, \text{HCl}, \text{CH}_3\text{Cl}$ и др.) имеют постоянный дипольный момент $\vec{p_e} =$ const, связанный с асимметрией в расположении электронных облаков и ядер этих молекул. Центры тяжести положительных и отрицательных зарядов в таких молекулах не совпадают (находятся на практически постоянном расстоянии $l$ друг от друга — «жесткий» диполь).
На жесткий диполь с электрическим моментом $\vec{p_e}$, помещенный во внешнее однородное электрическое поле $\vec Е$, действует пара сил с моментом $\vec M$ $$\vec M =[\vec{p_e}\times \vec E], \ \ \ \ \ (32)$$ стремящаяся повернуть диполь в направлении вектора напряженности поля.
Для малых полей и изотропного вещества, не обладающего сегнетоэлектрическими свойствами, вектор $\vec D$ в веществе связан с напряженность внешнего поля $\vec E$ соотношением $$\vec D = \varepsilon \vec E, \ \ \ \ \ (33)$$ где $\varepsilon $ — диэлектрическая постоянная вещества. С помощью вектора $\vec p$ величина $ \vec D$ может быть выражена следующим образом: $$\vec D = \vec E + 4\pi \vec p, \ \ \ \ \ (34)$$ Явление электростатической индукции подробно описано в книгах