Вільні і зв’язні заряди. Струми провідності. Вектор поляризації і намагніченості.

При розгляді електростатичного поля, у разі наявності в ньому діелектриків, потрібно розрізняти два роди електричних зарядів: вільні і звязані. Під вільними зарядами ми будемо розуміти, по-перше, всі електричні заряди, які під впливом електричного поля можуть переміщатися на макроскопічні відстані (електрони в металах і вакуумі, іони в газах та електролітах і т. п.), і, по-друге, заряди, нанесені ззовні на поверхню діелектриків і порушують їх нейтральність). Заряди ж, що входять до складу нейтральних молекул діелектриків, так само як і іони, закріплені у твердих діелектриках поблизу певних положень рівноваги, ми будемо називати зарядами звязані.
Потенціал електростатичного поля при наявності в ньому діелектриків дорівнює, сумі потенціалу: Потенціал вільних зарядів визначається формулою:

де під і треба розуміти об'ємну та поверхневу щільність вільних зарядів.Потенціал же поля зв'язаних зарядів однозначно визначається поляризацією діелектриків.Дійсно, розглянемо в цілому нейтральний елемент обсягу dV діелектрик., потенціал всіх елементів поляризованого діелектрика, тобто всіх зв'язаних зарядів, визначиться, очевидно, інтегралом Вектор поляризації - наведений зовнішнім електричним полем дипольний момент одиниці об'єму речовини, кількістна харатеристика діелектричної поляризації.Позначається літерою , вимірюється в системі СІ у В/м. Діелектрична поляризація зумовлена зсувом зв'язаних зарядів у зовнішньому електричному полі. Якщо виділити який небудь об'єм у діелектрику, то при прикладанні поля на його поверхні виникатимуть поверхневі електричні заряди σ_sur. Такі заряди можуть виникнути або завдяки зсуву електронної оболонки відносно ядра атома, або ж в результаті переорієнтації молекул, які мають власний дипольний момент. Нормальну до поверхні складову вектора поляризації визначають, як де - орт нормалі до поверхні.Можна ввести вектор електричної індукції , який зручний при описі електричного поля у суцільному середовищі: . Здебільшого зв'язкок між вектором поляризації та електричним полем, яке зумовило поляризацію, лінійний і задається тензором поляризовності. .Певні речовини можуть бути поляризованими при відсутності електричного поля. До таких речовин належать піроелектрики - кристалічні речовини із спонтанною поляризацією й електрети - аморфні речовини, в яких наведена полем поляризація може зберігатися впродовж тривалого часу.У випадку змінного електричного поля середовище може реагувати на зміну поля із запізеннням. В такому випадку вектор поляризації в даний момент залежатиме від напруженості прикладеного електричного поля в попередні моменти часу. Ве́ктор намагні́ченості або намагніченість - характеристика відкліку середовища на прикладене до нього магнітне поле, магнітний момент одиниці об'єму речовини.Позначається зазвичай літерами або ,де - магнітна індукція, - напруженість магнітного поля. Намагніченість зумовлена або мікроскопічними струмами, які виникають в речовині у зовнішньому магнітному полі, або спінами.В певних речовинах, які називаються феромагнетиками намагніченість може існувати без зовнішнього магнітного поля. Такі речовини утворюють постійні магніти.Струми провідності: В випадку стаціонарних струмів обємна густина зарядів кожній точці стала і відповідно .Тому для постійних струмів рівняння неперервності має вигляд Div j=0(1). Воно показує, що лінії постійного струму не мають ні початку ні кінця. Це або замкнуті лініі або лінії які виходять в нескінченність. Густина струмів зв’язана з рухом зарядів, тому її називають густиною провідності. В якості прикладу розглянемо електричне коло, яке має конденсатор, обкладки якого розділені вакуумом. Як відомо, по такому електричному колу постійний струм не тече. Це пояснюється тим, що в просторі між обкладками конденсатора заряди рухатись не можуть, тому лінії густини струмів провідності j між обкладками конденсатора не можуть бути продовжені і відповідно р-ня (1) не задовольняє

Струм провідності - це такий струм, який обумовлений коливаннями електронів та іонів у середовищі. Амплітуда струму зсуву та його направлення збігаються по фазі з такими струму провідності. За значенням він завжди дорівнює струму провідності.

Струми провідності:

· Стум у металах – упорядковане переміщення вільних електронів під дією електричного поля: , де - заряд електрона, – концентрація вільних електронів, - швидкість електронів.

· Струм в електролітах

· Електричний струм у газах (самостійний розряд, електрична дуга, тліючий розряд)