1.17 Диэлектрическая проницаемость среды
Заряды создающие внешнее поле называются − свободными (или сторонними) зарядами.
Диэлектрик, помещённый во внешнее электрическое поле поляризуется, вследствие поляризации на поверхности диэлектрика появляются заряды, которые называются связанными (или поляризационными) зарядами. Поляризационные заряды создают внутри диэлектрика дополнительное поле, которое всегда направлено навстречу внешнему.
Поле $\vec{E'}$ внутри диэлектрика, создаваемое связанными зарядами, направлено против внешнего поля $\vec{E_0}$, создаваемого свободными зарядами. Тогда, учитывая направление векторов, результирующее поле внутри диэлектрика в скалярном виде будет: \[ E = E_0 - E' \]
Рассмотрим такой пример: поместим пластину из однородного диэлектрика во внешнее электрическое поле созданное двумя бесконечными параллельными разноимённо заряженными плоскостями.
Тогда поле внутри диэлектрика, как мы уже рассчитали ранее: \[ E' = \dfrac{\sigma'}{\varepsilon_0} \] где $\sigma'$ − поверхностная плотность связанных (поляризационных) зарядов на поверхностях диэлектрика. Поэтому \[ E = E_0 - \dfrac{\sigma'}{\varepsilon_0} \] Полный дипольный момент диэлектрической пластинки с толщиной $d$ и площадью грани $S$ равен \[ p_V = PV = PSd \] с другой стороны, учитывая, что расстояние между противоположно заряженными гранями пластинки равно толщине пластинки $d$: \[ p_V = qd = \sigma' Sd \] Отсюда \[ \sigma' = P \] Следовательно, \[ E = E_0 - \dfrac{\sigma'}{\varepsilon_0} = E_0 - \dfrac{P}{\varepsilon_0} = \] \[ = E_0 - \dfrac{\chi \varepsilon_0 E}{\varepsilon_0} = E_0 - \chi E \] Итого: \[ E \cdot (1 + \chi) = E_0 \] Откуда напряжённость результирующего поля внутри диэлектрика равна: \[ E = \dfrac{E_0}{1 + \chi} = \dfrac{E_0}{\varepsilon} \] Безразмерная величина $\varepsilon$ (обозначается буквой ‘‘эпсилон’’) называется диэлектрической проницаемостью среды. \[ \varepsilon = 1 + \chi = \dfrac{E_0}{E} \] Диэлектрическая проницаемость среды характеризует способность диэлектриков поляризоваться в электрическом поле.
В рассмотренном случае, когда силовые линии однородного электрического поля перпендикулярны поверхности диэлектрика, эта величина показывает, во сколько раз диэлектрик ослабляет электрическое поле.
