Вещество, внесенное в электронное поле, может значительно поменять его. Это связано с тем, что вещество состоит из заряженных частиц. В отсутствие наружного поля частички распределяются снутри вещества так, что создаваемое ими электронное поле в среднем по объемам, включающим огромное число атомов либо молекул, равно нулю. При наличии наружного поля происходит перераспределение заряженных частиц, и в веществе появляется собственное электронное поле. Полное электронное поле складывается в согласовании с принципом суперпозиции из наружного поля и внутреннего поля создаваемого заряженными частичками вещества. Вещество разнообразно по своим электронным свойствам. Более широкие классы вещества составляют проводники и диэлектрики. Основная особенность проводников – наличие свободных зарядов (электронов), которые участвуют в термическом движении и могут передвигаться по всему объему проводника. Обычные проводники – металлы. В отсутствие наружного поля в любом элементе объема проводника отрицательный свободный заряд компенсируется положительным зарядом ионной решетки. В проводнике, внесенном в электронное поле, происходит перераспределение свободных зарядов, в итоге чего на поверхности проводника появляются нескомпенсированные положительные и отрицательные заряды (рис. 4.5.1). Этот процесс именуют электростатической индукцией, а показавшиеся на поверхности проводника заряды – индукционными зарядами. Индукционные заряды делают свое собственное поле которое компенсирует наружное поле во всем объеме проводника: (снутри проводника). Полное электростатическое поле снутри проводника равно нулю, а потенциалы во всех точках схожи и равны потенциалу на поверхности проводника.

1

Набросок 4.5.1. Электростатическая индукция.

Все внутренние области проводника, внесенного в электронное поле, остаются электронейтральными. Если удалить некий объем, выделенный снутри проводника, и образовать пустую полость, то электронное поле снутри полости будет равно нулю. На этом базирована электростатическая защита – чувствительные к электронному полю приборы для исключения воздействия поля помещают в железные ящики (рис. 4.5.2).

2

Набросок 4.5.2. Электростатическая защита. Поле в железной полости равно нулю.

Потому что поверхность проводника является эквипотенциальной, силовые полосы у поверхности должны быть перпендикулярны к ней. В отличие от проводников, в диэлектриках (изоляторах) нет свободных электронных зарядов. Они состоят из нейтральных атомов либо молекул. Заряженные частички в нейтральном атоме связаны вместе и не могут передвигаться под действием электронного поля по всему объему диэлектрика. При внесении диэлектрика во наружное электронное поле в нем появляется некое перераспределение зарядов, входящих в состав атомов либо молекул. В итоге такового перераспределения на поверхности диэлектрического эталона возникают лишниие нескомпенсированные связанные заряды. Все заряженные частички, образующие макроскопические связанные заряды, как и раньше входят в состав собственных атомов. Связанные заряды делают электронное поле которое снутри диэлектрика ориентировано обратно вектору напряженности наружного поля. Этот процесс именуется поляризацией диэлектрика. В итоге полное электронное поле снутри диэлектрика оказывается по модулю меньше наружного поля Физическая величина, равная отношению модуля напряженности наружного электронного поля в вакууме к модулю напряженности полного поля в однородном диэлектрике, именуется диэлектрической проницаемостью вещества.

  Существует несколько устройств поляризации диэлектриков. Основными из их являются ориентационная и электрическая поляризации. Эти механизмы появляются приемущественно при поляризации газообразных и водянистых диэлектриков.

Ориентационная либо дипольная поляризация появляется в случае полярных диэлектриков, состоящих из молекул, у каких центры рассредотачивания положительных и отрицательных зарядов не совпадают. Такие молекулы представляют собой микроскопичные электронные диполи – нейтральную совокупа 2-ух зарядов, равных по модулю и обратных по знаку, расположенных на неком расстоянии друг от друга. Дипольным моментом обладает, к примеру, молекула воды, также молекулы ряда других диэлектриков (H2S, NO2 и т. д.). При отсутствии наружного электронного поля оси молекулярных диполей нацелены беспорядочно из-за термического движения, так что на поверхности диэлектрика и в любом элементе объема электронный заряд в среднем равен нулю. При внесении диэлектрика во наружное поле появляется частичная ориентация молекулярных диполей. В итоге на поверхности диэлектрика возникают нескомпенсированные макроскопические связанные заряды, создающие поле направленное навстречу наружному полю (рис. 4.5.3).

3

Набросок 4.5.3. Ориентационный механизм поляризации полярного диэлектрика.

Поляризация полярных диэлектриков очень находится в зависимости от температуры, потому что термическое движение молекул играет роль дезориентирующего фактора.

Электрический либо гибкий механизм проявляется при поляризации неполярных диэлектриков, молекулы которых не владеют в отсутствие наружного поля дипольным моментом. Под действием электронного поля молекулы неполярных диэлектриков деформируются – положительные заряды смещаются в направлении вектора а отрицательные – в обратном направлении. В итоге любая молекула преобразуется в электронный диполь, ось которого ориентирована повдоль наружного поля. На поверхности диэлектрика возникают нескомпенсированные связанные заряды, создающие свое поле направленное навстречу наружному полю Так происходит поляризация неполярного диэлектрика (рис. 4.5.4). Деформация неполярных молекул под действием наружного электронного поля не находится в зависимости от их термического движения, потому поляризация неполярного диэлектрика не находится в зависимости от температуры. Примером неполярной молекулы может служить молекула метана CH4. У этой молекулы четырехкратно ионизированный ион углерода C4– размещается в центре правильной пирамиды, в верхушках которой находятся ионы водорода H+. При наложении наружного электронного поля ион углерода сдвигается из центра пирамиды, и у молекулы появляется дипольный момент, пропорциональный наружному полю.

4

Набросок 4.5.4. Поляризация неполярного диэлектрика.

Электронное поле связанных зарядов, возникающее при поляризации полярных и неполярных диэлектриков, меняется по модулю прямо пропорционально модулю наружного поля В очень сильных электронных полях эта закономерность может нарушаться, тогда и появляются разные нелинейные эффекты. В случае полярных диэлектриков в сильных полях может наблюдаться эффект насыщения, когда все молекулярные диполи выстраиваются повдоль силовых линий. В случае неполярных диэлектриков сильное наружное поле, сопоставимое по модулю с внутриатомным полем, может значительно деформировать атомы либо молекулы вещества и поменять их электронные характеристики. Но, эти явления фактически никогда не наблюдаются, потому что для этого необходимы поля с напряженностью (1010–1012) В/м. Меж тем, еще ранее наступает электронный пробой диэлектрика.

У многих неполярных молекул при поляризации деформируются электрические оболочки, потому этот механизм получил заглавие электрической поляризации. Этот механизм является универсальным, так как деформация электрических оболочек под действием наружного поля происходит в атомах, молекулах и ионах хоть какого диэлектрика. В случае жестких кристаллических диэлектриков наблюдается так именуемая ионная поляризация, при которой ионы различных символов, составляющие кристаллическую решетку, при наложении наружного поля смещаются в обратных направлениях, вследствие чего на гранях кристалла возникают связанные (нескомпенсированные) заряды.

Примером такового механизма может служить поляризация кристалла NaCl, в каком ионы Na+ и Cl– составляют две подрешетки, вложенные друг в друга. В отсутствие наружного поля любая простая ячейка кристалла NaCl (см. § 3.6 ) электронейтральна и не обладает дипольным моментом. Во наружном электронном поле обе подрешетки смещаются в обратных направлениях, другими словами кристалл поляризуется. При поляризации неоднородного диэлектрика связанные заряды могут появляться не только лишь на поверхностях, да и в объеме диэлектрика. В данном случае электронное поле связанных зарядов и полное поле могут иметь сложную структуру, зависящую от геометрии диэлектрика. Утверждение о том, что электронное поле в диэлектрике в ε раз меньше по модулю по сопоставлению с наружным полем строго справедливо исключительно в случае однородного диэлектрика, заполняющего все место, в каком сотворено наружное поле. А именно: Если в однородном диэлектрике с диэлектрической проницаемостью ε находится точечный заряд Q, то напряженность поля создаваемого этим зарядом в некой точке, и потенциал φ в ε раз меньше, чем в вакууме: