2.1. Историческая справка и понятие диэлектрической проницаемости.

Первыми работами, которые послужили основой для использования методов измерения диэлектрической проницаемости, были работы химика Друде (1897), в которых была установлена эмпирическая связь между строением молекул и диэлектрическими потерями, и Дебая (1925-1929), установившего связь между величиной диэлектрической проницаемости и диэлектрических потерь со строением молекул.

Первым аналитическим применением измерений диэлектрической проницаемости было определение содержания влаги (Берлинер, Рютер,1929) в органических соединениях. Позднее были разработаны методы определения чистоты органических соединений, методы анализа бинарных органических систем и в 1950­­–1960 гг. впервые были опубликованы методы диэлектрометрического титрования органических систем.

Следует отметить, что методы диэлектрометрии разработаны главным образом применительно к анализу непроводящих органических систем, что не исчерпывает всех возможностей диэлектрометрии.

Итак, относительная диэлектрическая проницаемость ε определяется как отношение ёмкости С конденсатора, диэлектриком у которого является в данном случае исследуемая магнитная жидкость, к ёмкости С₀ конденсатора, диэлектриком у которого является вакуум:

Из этого соотношения видно, что относительная диэлектрическая проницаемость ε является величиной безразмерной и не зависит от выбора системы единиц.

Для безвоздушного пространства ε=1, для воздуха ε=1,0006, для остальных веществ ε > 1. При внесении диэлектрика между электродами конденсатора наблюдается увеличение ёмкости в ε раз. Причиной этого является поляризация диэлектрика, вследствие чего на поверхностях соприкосновения электродов с диэлектриком возникают связанные заряды, способствующие уменьшению в ε раз интенсивности поля Е и разности потенциалов:

Абсолютная диэлектрическая проницаемость ε_а, в отличие от относительной, имеет размерность [ф·м^-1]. Между абсолютной и относительной диэлектрическими проницаемостями существует следующая зависимость:

                                                          ε_а= ε ε₀,

где ε₀ – диэлектрическая проницаемость вакуума, имеющая следующую размерность в единицах СИ:

                              ε₀= 10⁷/4πС² ф·м^-1= 8.85·10^-12 ф·м^-1,

где скорость света в вакууме С= 2.998·10⁸ м·сек^-1.

Сила взаимодействия наэлектризованных тел, согласно закону Кулона

зависит как от электрических зарядов этих тел q₁ и q₂ и расстояния между ними r, так и от среды, в которой находятся взаимодействующие тела, характеризуемой абсолютной и относительной диэлектрическими проницаемостями.

Смещение электрических зарядов в диэлектрике под действием электрического поля обнаруживается как соответствующий ток смещения. Его мерой является величина диэлектрического тока I_D, определяющегося как электрический заряд, который в процессе зарядки или разрядки конденсатора пересёк единицу поверхности, находящуюся перпендикулярно направлению перемещения заряда. Между величиной электрического поля Е, плотностью тока смещения I_D и относительной диэлектрической проницаемостью существует линейная зависимость

                                                 I_D = ε ε₀ E.

Ток смещения существует и в проводниках. При наложении постоянного напряжения на проводник через него протекает большой ток. В этом случае можно говорить о диэлектрической проницаемости проводящих веществ.

Из сказанного видно, что диэлектрическая проницаемость является мерой поляризации диэлектрика и является константой, присущей данному веществу.