где N — число Авогадро, а — поляризуемость молекулы (см. ниже).
В настоящее время в физике разработаны теории двух возможных механизмов поляризации, применительно к двум типам молекул диэлектрика. Один тип представляют молекулы, в электрическом отношении столь симметрично построенные из отрицательных и положительных зарядов; что в отсутствии внешнего электрич. поля центры тяжести, отрицательных и положительных зарядов совпадают — неполярные м о, ле кулы. Наоборот, в Другом типе молекул центр тяжести положительных зарядов находится на нек-ром расстоянии I от центра тяжести отрицательных зарядов; такая молекула является диполем, момент к-рого т равен произведению из расстояния I на величину положительного или отрицательного заряда е молекулы, m = le (т. к. заряды равны между собой и всякая молекула в электрич. отношении нейтральна) — поляриыемолекулы.
Если диэлектрик, состоящий из неполярных молекул, находится в электрическом поле, то противоположно заряженные части его молекул под влиянием электрических сил сместятся в противоположные стрроны и молекулы приобретут электрический момент m=el (эффект деформации). После прекращения действия электрических сил молекулы вновь теряют приобретенный ими электрический момент и становятся неполярными. Изучение такого рода поляризации показало, что при эффекте деформации главным образом смещаются электроны относительно положительно заряженных частей молекул. В сложных молекулах, кроме этого, может происходить смещение атомов друг Относительно друга (атомная поляризация). Деформация молекулы, а следовательно, и обусловленный ёю электрйч. момент т пропорциональны напряженности электрич. поля Е, действующего на молекулы: т=аЕ, где а — коэффициент пропорциональности, характеризующий свойства молекул диэлектрика, — т. н. поляризуемо ст ь д из лектрика. К такого рода Диэлектрикам относятся бензол, водород, сера, благородные газы. Сказанное справедливо Только для случая изотропной молекулы, т. е. молекулы, поляризуемость которой одинакова йб всем направлениям. В случае анизотропной молекулы, помещенной в слабое поле, за деформационную поляризуемость ее принимают среднюю величину из трех главных поляризуемостей, характеризующих анизотропию молекулы.
Иначе происходит поляризация в диэлектрике, состоящем йз полярных молекул. Во внешнем электрич. поле диполи стремятся повернуться в направлении этого поля, подобно тому, как магнитная стрелка стремится повернуться по направлению магнитного поля.
Этот эффект называется эффектом ориентации.
Однако тепловое движение молекул постоянно приводит их к столкновениям друг с другом и нарушает ориентацию диполей. Поэтому с повышением температуры ориентация диполей расстраивается. Кроме эффекта ориентации, в диэлектриках, состоящих из полярных молекул (жесткие диполи), возможен также и эффект деформации. Таким образом, поляризация полярного диэлектрика складывается из эффекта ориентации его диполей и эффекта электронной, а иногда и атомной, деформации.К такого рода диэлектрикам относятся NH3, спирты, глицерин, вода.
Теория, развитая Дебаем для газообразных диэлектриков, дает для поляризации молекулы величину а-а'+^тТ^>
W
где а' — деформационная поляризуемость молекулы, ц — постоянный электрич. момент молекулы, к — постоянная Больцмана (к = 1, 372—10'1в эрг/град.), Т — абсолютная температура, со — частота колебаний электрич. поля, т — время релаксации (см. Релаксации время), i — мнимая единица.
Как показывает формула (1), П. д. зависит от частоты, и при достаточно больших частотах (порядка 109 герц) остается только деформационная поляризация. В этом, между прочим, находит свое разрешение противоречие, состоящее В том, что хотя для ряда веществ квадрат показателя преломления п, как это следует из теории Максвелла, равен диэлектрической постоянной (см.) е (бензол и другие неполярные диэлектрики), для других веществ п2<е. Так, напр., для водып2=1, 77; в=81: Тот факт, что поляризуемость молекулы комплексная, говорит о том, что между внешним полем и П. д. существует сдвиг фаз, следствием чего является нагревание диэлектрика в переменных полях (см. Потери диэлектрические). Теория П. д., развитая Дебаем, применялась и к жидким полярным диэлектрикам и их растворам в неполярных растворителях.
Однако в случае растворов полярных диэлектриков (спирты) в неполярных растворителях (бензол, СС14) оказалось, что молекулярная П. д. меняется с концентрацией по сложному закону, проходя через максимум и минимум.
Отступления наблюдаются и в чистых жидкостях, у к-рых имеется ассоциация молекул (вода, глицерин, метиловый и этиловый спирты). В последнее время Дебай развил новую теорию, учитывающую ассоциацию молекул в полярных диэлектриках. Согласно этой теории, молекуда диэлектрика находится в поле соседних молекул и обладает потенциальной энергией U, зависящей от угла между направлением диполя молекулы и электрич. полем, созданным окружающими ее молекулами. Эта теория, для случая сильно ассоциированных диэлектриков (вода, глицерин) приводит к след, формуле поляризуембЬти молекулы:
а = а/ +* 3^-•, 1+ 1й>т
(2)
4 'где в отличие от формулы (1) вместо энергии теплового движения молекулы (ЗкТ) входит энергия ее в поле соседних молекул U. В случае твердых тел явление П. д. выражается, гл. обр., либо в деформационной электрич. поляризации, либо в смещении ионов. Однако в ряде случаев (лед, твердая НС1, сегнетовая соль и др.) наблюдаются более сложные явления. Так, напр., у льда обнаружено изменение его поляризации с температурой и частотой, аналогичное этому явлению в жидкостях.
Следовательно, и в случае твердого тела может происходить вращение дипольных молекул.
К этому же приводят и некоторые рентгенографические определения строения кристаллов.
Ряд диэлектриков (воск и др.) обнаруживает явление остаточной поляризации после снятия поля. Остаточная деформация особенно
