Потенциал, обусловленный поляризованным объектом

Нейтральный атом состоит из положительно заряженного ядра, окруженного отрицательно заряженным электронным облаком. При помещении во внешнее электрическое поле внешняя электрическая сила раздвигает электроны и ядро, что противоположно внутреннему притяжению между ядром и электронами. Противодействующие силы уравновешивают друг друга с небольшим смещением между центром масс ядра и электронным облаком, в результате чего получается поляризованный атом. С другой стороны, некоторые молекулы, такие как вода, по своей природе имеют такое разделение. Для таких молекул, находящихся в однородном электрическом поле, силы, действующие на положительную и отрицательную стороны, компенсируют друг друга; Тем не менее, существует суммарный крутящий момент. В обоих случаях диполи направлены вдоль направления электрического поля, что приводит к поляризации, которая задается дипольным моментом на единицу объема.

Рассмотрим цилиндрический диэлектрический материал. В цепочке выровненных диполей по длине цилиндра, с постоянным дипольным моментом, равные и противоположные заряды в соседних диполях компенсируют друг друга. Следовательно, на обоих концах цилиндра есть суммарные заряды, называемые поверхностными зарядами. Они называются связанными зарядами, поскольку они все еще связаны с конкретными атомами или молекулами и не могут свободно перемещаться в диэлектрике. Поверхностная плотность заряда — это заряд на единицу площади на любой поверхности.

Предположим, что электрическое поле и поляризация в природе расходятся. В этом случае выравнивание диполей накапливает заряды внутри поляризованного диэлектрика, что приводит к объемным зарядам, равным и противоположным поверхностным зарядам.

Вспоминая потенциал, создаваемый диполем, потенциал, создаваемый поляризованным диэлектриком в любой точке поля, можно измерить, зная потенциалы, обусловленные этими поверхностными и объемными зарядами.