Вектор на поляризация
За да опишем макроскопичните електрически свойства на диелектриците, е достатъчно да се ограничим до идеята, че в тях няма свободни носители на заряд и когато диелектрикът се постави в електрическо поле, много микроскопични диполи се възбуждат в материала.
Диполният момент, получен от молекулата, е пропорционален на силата на полето, в което се намира молекулата. В SI се пише като
където коефициентът на пропорционалност β се нарича поляризуемост на молекулата.
За вещество, състоящо се от полярни молекули, под действието на момент на сила, молекулите са предимно подравнени по посока на външното поле. И в двата случая (неполярни и полярни молекули), в резултат на това се появява диполен момент в целия обем на диелектрика. Средният диполен момент, индуциран от полето на единица обем, се нарича поляризация на диелектрика:
където сумирането се извършва върху всички молекули в обема DV, а диполният момент p на всяка молекула се определя от сумирането върху всички заредени частици, влизащи в молекулата:
където ei е зарядът на всяка частица, а li е нейното изместване под действието на електрическо поле.
Умножавайки и разделяйки дясната страна с броя на DN молекулите в обема DV, получаваме още един израз за поляризацията:
където n = DN/DV е концентрацията на молекулите и е средният диполен момент на молекулата.
Най-общо казано, P варира в диелектрик от точка до точка, но за широк клас вещества във всяка точка P
Д. Има вещества, които имат поляризация дори при отсъствие на външно поле, но те не се разглеждат тук.
Тъй като молекулите обикновено са неутрални, именно диполният момент определя електрическото поле, създадено от самия материал, когато той е поставен във външно поле. По силата на принципа на суперпозицията, полето вътре в диелектрика е сумата от външното поле и полето от всички диполи, индуцирани в диелектрика:
където E0 е силата на полето на външните заряди, а E '- на свързаните заряди. Свързаните заряди се наричат некомпенсирани заряди, които се появяват в резултат на поляризацията на диелектричните молекули, докато зарядите на трети страни са безплатни заряди, които са в диелектрика или извън него. E0 и E 'са макрополета, т.е. микрополета, осреднени за някакъв малък обем, създаден съответно от външни и свързани заряди.