Діелектрична проникність

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.

Діелектр́ична прон́икність (діелектрична стала) середовища ε — безрозмірна величина, що характеризує ізоляційні властивості середовища. Вона показує, в скільки разів взаємодія між зарядами в однорідному середовищі менша ніж у вакуумі.

[ред.] Фізична природа

Зменшення сили взаємодії між зарядами викликане процесами поляризації середовища. У електричному полі електрони в атомах та молекулах зміщуються відносно йонів, і виникає наведений дипольний момент. Ті молекули, які мають власний дипольний момент (наприклад, молекула води), орієнтуються в електричному полі. Дипольні моменти створюють своє електричне поле, яке протидіє тому полю, що зумовило їх появу. Врезультаті сумарне електричне поле зменшується. При невеликих полях таке зменшення можна описати за допомогою діелектричної проникності.

Необхідно зазначити, що великі електричні поля можуть сильно змінити процеси, які відбуваються в середовищі. Наприклад, може наступити пробій. В такому випадку поняття діелектричної проникності втрачає сенс.

[ред.] Статична діелектрична проникність

При розгляді незмінних із часом електричних полів вводять поняття статичної діелектричної проникності. Статична діелектрична проникність встановлює зв'язок між вектором електричної індукції $\mathbf{D}$ й напруженістю елекричного поля $\mathbf{E}$ . Загалом напрямки цих векторів не співпадають, тож діелектрична проникність є тензорною величиною.

$\mathbf{D} = \hat{\varepsilon} \mathbf{E}$ .

Формула записана в системі СГС ^[1].

Для ізотропних середовищ, у яких немає виділеного напрямку, тензор діелектричної проникності має діагональну форму й характеризується одним характерним для середовища числом, який називають діелектричною сталою середовища.

[ред.] Діелектрична функція

Фізична картина, яка лежить в основі відклику середовища на змінне електричне поле, має суттєво інший характер. Зовнішнє електричне поле викликає зміщення зарядів і утворення наведених дипольних моментів, але цей процес відстає від зміни зовнішнього поля. В такому випадку, електричне поле створене наведеними дипольними моментами, залежить від того, яким було зовнішнє електричне поле в попередні моменти часу.

Враховуючи відставання відклику середовища від зміни поля, для поляризації $\mathbf{P}$ можна записати

$\mathbf{P} = \int_{-\infty}^t \alpha(t-t^\prime) \mathbf{E}(t^\prime) dt^\prime$ .

В такому випадку можна ввести залежну від частоти зовнішної електромагнітної хвилі діелектричну проникність $\hat{\varepsilon}(\omega)$ , яка пов'язує між собою вектори електричної індукції та напруженості електричного поля електромагнітної хвилі з частотою ω.

$\mathbf{D}(\omega) = \hat{\varepsilon}(\omega) \mathbf{E}{\omega}$ .

Залежну від частоти діелектричну проникність часто називають діелектричною функцією.

Наведений зв'язок справедливий тільки для слабких полів, коли нелінійні ефекти не грають великої ролі.

Діелектрична стала деяких матеріалів при кімнатній температурі
Матеріал	Діелектрична стала
Вакуум	1 (за визнаеченням)
Повітря	1.0005
Папір	3
Гума	7
Метиловий спирт	30
Вода	80
Титанат барію	1200

↑ У системі СІ вектор електричної індукції й напруженість електричного поля мають різну розмірність, тому $\hat{\varepsilon}$ потрібно ще додатоково помножити на певний коефіцієнт перетворення до інших одиниць ε₀, який називається діелектричною проникністю вакууму.