6. Основные свойства диэлектриков. Диэлектрическая проницаемость.

Согласно закону Кулона, два свободных точечных заряда величиной е_х и е₂₎ находящих­ся в вакууме на расстоянии г друг от друга, взаимодействуют между собой с силой, равной

F = fcSSL, (2.13)

г²

где к — коэффициент пропорциональности.

Если эти же два заряда взаимодействуют не в вакууме, а в однородном диэлектрике, то значение F уменьшается в е раз:

F = k^, (2.14)

ег²

где е — диэлектрическая проницаемость,

которая показывает, во сколько раз сила вза­имодействия двух свободных зарядов в ди­электрике слабее, чем в вакууме.

Поскольку ослабление взаимодействия происходит из-за экранизации свободных за­рядов связанными, то диэлектрическая про­ницаемость характеризует поляризацию ди­электрика под воздействием электрического поля напряженностью Е.

Напомним, что поляризацией называют превращение электрически нейтральной сис­темы в систему, в которой центры тяжести положительного и отрицательного зарядов не совпадают. Вследствие этого возникает ди-польный момент, что и является признаком поляризации. Вектор дипольного момента еди­ницы объема диэлектрика называют вектором поляризации Р.

Связь между вектором поляризации, век­торами напряженности электрического поляв вакууме Е и в диэлектрике D (вектор элек- трической индукции) в системе единиц СГСЕ

имеет вид

D = Е + 4лР = бЕ, (2.15)

а в системе СИ

D = е₀Е + Р = Е₀еЕ, (2.16)

где е₀ — диэлектрическая проницаемость ва­куума, или электрическая постоянная.

Диэлектрическая проницаемость связана с природой поляризации, которая, в свою оче­редь, зависит от характера химических связей в системе. В твердых телах различают элект­ронную упругую, электронную тепловую, ион­ную упругую и спонтанную поляризации. Их смысл рассмотрен в гл. 3 и 6. Поляризация встречается не только в диэлектриках, но в них она наиболее распространена и определя­ющим образом влияет на их свойства (см. гл. 6).

На явлениях, связанных с диэлектричес­кой проницаемостью и поляризацией вообще, основаны многообразные виды использования диэлектриков. Так, сильная зависимость е от напряженности электрического поля лежит в основе использования диэлектриков в нели­нейных конденсаторах (варикондах). Взаимо­связь электронной поляризации и упругой деформации используется в соответствующих диэлектриках в пьезотехнике и акустоэлект-ронике. Влияние диэлектрической проницае­мости е на показатель преломления электро­магнитных волн (п = л/ё) используется в элек­трооптических приборах и т. д. (см. гл. 6).