Основне електричне властивість діелектриків - здатність поляризуватися під впливом електричного поля, в якому можливе існування внутрішнього електричного поля.
Поляризація являє собою процес зсуву і впорядкування зв'язкових електричних зарядів в діелектриках під дією зовнішнього електричного поля.
За цією ознакою всі діелектрики поділяються на полярні та неполярні.
У тих матеріалах, в атомах яких електрон обертається навколо ядра (протона) по круговій орбіті, центри додатки як позитивних, так і негативних зарядів збігаються. За рахунок швидкого обертання по круговій орбіті негативний заряд електрона практично знаходиться в центрі системи. Дипольний електричний момент атома # 956; = QL, де q - позитивний або рівний йому негативний заряд частинки; L - відстань між зарядами. В даному випадку L = 0 і відповідає # 956; = 0.
Діелектрики, у яких дипольний електричний момент дорівнює нулю, називаються неполярними. До таких діелектриків відносяться одноатомні (Не, Аr, Кr) і двоатомні (H2, N2, Cl2) гази. Слабо полярні все вуглеводні і деякі органічні матеріали.
Якщо такий матеріал помістити в електричне поле, то центр негативного заряду змінить своє положення і система, (атом) перетвориться в диполь з наведеним електричним моментом:
Малюнок - 1. Дипольна молекула
де: Е - напруженість електричного поля; # 945; - коефіцієнт пропорційності або поляризованість, тобто здатність поляризуватися.
Розглянутий вид поляризації називається електронний і відбувається практично миттєво (за протягом 10 15 с.). Цей вид поляризації відноситься до пружним видам, не супроводжується розсіюванням енергії, тобто за рахунок пружної деформації або зсуву атомів, іонів або молекул матеріалу з положення рівноваги під дією електричного поля і швидко повертається у вихідне положення при знятті впливу зовнішнього поля. Електронна поляризація характерна для всіх типів діелектриків.
Прикладом полярного діелектрика є матеріал, що володіє молекулярною будовою, коли центри позитивних і негативних зарядів не збігаються. У найпростішому випадку молекула складається з позитивного і негативного іона. У відсутності зовнішнього електричного поля кожна молекула має власних електричних дипольниммоментом # 956; нерівним нулю. За рахунок теплового руху все дипольні молекули розташовані хаотично і сумарна поляризація матеріалу дорівнює нулю.
Якщо такий діелектрик помістити в електричне поле Ен, то дипольні молекули візьмуть деякий орієнтоване положення. На поверхні матеріалу з'являться пов'язані поверхневі заряди. Ці заряди некомпенсовані на відміну від внутрішніх зарядів і саме вони створюють власне поле діелектрика Єв, викликане поляризацією, напруженість якого спрямована на зустріч Ен. Сумарна напруженість електричного поля Е виявляється дещо менше, ніж у випадку відсутності діелектрика електродами (в вакуумі). Такий вид поляризації називається діпольнорелаксаціонной, уповільненою поляризацією, так як пов'язаний з переміщенням великих частинок матеріалу і відбувається за більш відчутний час 10 -2. 10 -10 с. За час встановлення поляризації (час релаксації) приймають час, протягом якого при знятті електричного поля поляризація діелектрика зменшується в е раз.
Величина, що характеризує ступінь ослаблення напруженості зовнішнього поля внутрішнім полем діелектрика, є однією з важливих електричних характеристик діелектрика - діелектричної проникністю і позначається буквою е:
Малюнок 2. Поляризація діелектрика
У неполярних діелектриках відбуваються тільки пружні види поляризації, в полярних - як пружні, так і релаксаційні. Значення е залежить від виду поляризації. Для полярних діелектриків вона зазвичай більше, ніж для неполярних і залежить від частоти прикладеної напруги, температури і вологості.
Малюнок 3. Поляризація неполярного діелектрика
2. Залежність # 917; від частоти прикладеної напруги.
У змінному електричному полі # 917; в полярних діелектриках при підвищенні частоти f зовнішнього поля до деякого значення залишається незмінною. Однак при досягненні деякого критичного для даного речовини значення частоти е падає і прагне до мінімального значення # 949 ;. Така залежність викликана уповільненим механізмом релаксационной поляризації, властивою полярним діелектриків.
При низькій частоті прикладеного поля диполі встигають повертатися слідом за зміною напрямку поля. При частотах вище fkp диполі через тертя вже не встигають за зміною поля і # 949; знижується.
Для неполярних діелектриків, поляризація не пов'язана з процесами тертя, е не залежить від f принаймні в діапазоні застосовуваних у техніці частот.
1 - полярний діелектрик; 2 - неполярний діелектрик
Малюнок 4. Залежність діелектричної проникності від частоти
3. Залежність # 917; від температури.