Уравнение Клаузиуса-Моссоти
В зависимости от строения все диэлектрики делятся на нейтральные и полярные. Диэлектрики, в молекулах которых центры положительных и отрицательных зарядов совпадают, называются нейтральными, если они не совпадают – полярными.
Например, у полиэтилена структурная формула имеет вид
n
Здесь n – индекс полимеризации, показывающий сколько молекул мономера входит в молекулу полимера. Формула симметрична, поэтому электрический момент m=0. У полихлорвинила структурная формула имеет вид:
m=ql
Здесь электрический момент m≠0. Между диэлектрической проницаемостью и поляризуемостью элементарных частиц вещества существует определенное соотношение, называемое уравнением Клаузиуса-Моссоти. Для неполярных газов и жидкостей
где n – число молекул в единице объема αЭ - электрическая поляризуемость одной молекулы. Для полярных газов и с определенным приближением для полярных жидкостей
где αД - дипольная поляризуемость одной молекулы. Уравнение Клаузиуса-Моссоти используется для аналитического определения зависимости ε то температуры. Для твердых диэлектриков из-за близкого расположения молекул уравнение Клаузиуса-Моссоти не справедливо.
Диэлектрическая проницаемость сложных диэлектриков
Диэлектрическая проницаемость слоистого диэлектрика или смеси разных диэлектриков определяется по формуле Лихтенекера
εХ= Q1*ε1Х+Q2*ε2Х
где ε , ε1 и ε2 - общая диэлектрическая проницаемость и проницаемость компонентов,
Q1 и Q2 – объемные концентрации компонентов (Q1+Q2=1)
X – константа, характеризующая распределение компонентов в пространстве, Х = -1 ÷ +1
При параллельном включении компонентов (рис. 2) Х = 1 и
ε = Q1 ε1 + Q2 ε2
При последовательном включении компонент (рис. 3) Х = -1
Когда компоненты распределены хаотически,
ε= 
Формула Лихтенекера справедлива, когда ε1 и ε2 не сильно различаются. При большом различии ε1 и ε2 используются другие формулы.
Деполяризующий фактор
При помещении диэлектрика в электрическое поле с электрической индукцией D он поляризуется. При этом заряды элементарных диполей во внутренних слоях диэлектрика взаимно компенсируют друг друга, а заряды на внешних поверхностях не скомпенсированы. Они создают электрическую индукцию полюсов Dd (деполяризующее поле), тогда индукция внутри диэлектрика
Dвн= D-Dd
Направление Dd противоположно направлению D.
Величина индукции поверхностных зарядов Dd зависит от формы образца и от внешнего поля D. Влияние формы и направления внешнего поля на внутреннее поле в диэлектрике оценивается с помощью деполяризующего фактора
γ = γXi + γYj+γZk
Деполяризующее поле Dd = − γ P
Знак “ – “ связан с тем, что заряды на поверхности диэлектрика вызывают приток на обкладки зарядов противоположного знака.
Если поле перпендикулярно поверхности плоского конденсатора,
γX = γY = 0, а γZ =1 . Тогда DBH = D + P и, как показано ранее,
ε = 1+ 
При полушарообразной форме электродов конденсатора
ε = 1+gzш 
а при полуцилиндрической форме электродов
ε = 1+gzц
где gzш=1/3, gzц=1/2
Таким образом, только у плоского конденсатора емкость за счет диэлектрика изменилась в ε раз. При других формах обкладок емкость увеличивается в меньшее количество раз.
Токи абсорбции
Процесс поляризации диэлектриков проходит в течение некоторого вре-
мени. Различают мгновенные и замедленные виды поляризации. К мгновенным видам поляризации относят те, время установления которых менее 10-12 с. Время установления замедленных видов поляризации может достигать нескольких минут. За время установления данного вида поляризации принимают время, в течение которого ток, связанные с этим видом поляризации, уменьшается в е раз. Токи в диэлектрике, связанные с его поляризацией, называются токами смещения IСМ. Токи в диэлектрике, связанные с наличием в нем небольшого числа свободных носителей зарядов, называются токами сквозной проводимости IСКВ. Полный ток через диэлектрик
I = Iскм + Iсм
При заряде конденсатора от источника постоянного напряжения U
(рис.4) за время менее 10-12с произойдет мгновенная поляризация диэлектрика, потечет ток IСМ МГН , емкость установится СМГН . Замедленные виды поляризации приведут к медленному увеличению емкости, течет ток замедленных видов поляризации IМЕД . Медленное изменение емкости и заряда конденсатора называется явлением абсорбции. Ток IМЕД называют током абсорбции. У некоторых диэлектриков IАБС спадает до нуля за 30-60 мин. Токи абсорбции велики у диэлектриков сложной структуры, полярных (бумага, диэлектрики электролитических конденсаторов). Учет явления абсорбции важен при измерении сопротивления изоляции диэлектриков RИЗ . Отсчет RИЗ следует проводить через определенное время, когда IМЕД=0.
Если конденсатор зарядить до напряжения UЗ (рис. 5) за время t1, затем замкнуть его накоротко на время t2-t1, затем оставить на некоторое время t3-t2 разомкнутым, то при наличии в диэлектрике явления абсорбции на обкладках появится напряжение UОСТ (остаточное). Коэффициентом абсорбции называется отношение UОСТ к UЗ, т.е.
KАБС = 
Величина коэффициента абсорбции может достигать 10% (у электролитических конденсаторов).