Ελεύθερα και δεσμευμένα ηλεκτρικά φορτία, ρεύματα αγωγιμότητας και μετατόπισης
Τα σωματίδια που αποτελούν οποιαδήποτε ουσία έχουν ηλεκτρικά φορτία… Το ηλεκτρόνιο έχει αρνητικό φορτίο e = 0,16 * 10-18 k, και το πρωτόνιο έχει το ίδιο θετικό φορτίο. Το συνολικό φορτίο ενός ατόμου, μορίου ή σώματος που αποτελείται από πολλά μόρια μπορεί να είναι θετικό, αρνητικό ή ίσο με μηδέν, ανάλογα με την αναλογία μεταξύ του συνολικού θετικού και αρνητικού φορτίου των συστατικών τους στοιχειωδών σωματιδίων.
Ανάλογα με την ικανότητα κίνησης σε ηλεκτρικό πεδίο, τα φορτία μπορούν να χωριστούν σε δύο μεγάλες ομάδες. Τα φορτία της πρώτης ομάδας χαρακτηρίζονται από τη δυνατότητα απεριόριστης κίνησης σε ένα ηλεκτρικό πεδίο και επομένως ονομάζονται δωρεάν αμοιβές… Η δεύτερη ομάδα φορτίων δεν έχει αυτή τη δυνατότητα, η κίνησή τους περιορίζεται από τη δομή ενός ατόμου, μορίου, κρυστάλλου ή από την ετερογένεια της δομής της ύλης. Αυτές οι χρεώσεις ονομάζονται όριο.
Ο διαχωρισμός ελεύθερων και δεσμευμένων φορτίων δεν εξαρτάται πάντα μόνο από τη φυσική φύση των υπό εξέταση σωματιδίων.Τα φορτία που είναι ελεύθερα σε ένα ομοιογενές μέσο μπορούν να συνδεθούν στο σχηματισμό συνθέσεων που αποτελούνται από διαφορετικά υλικά.
Τα ελεύθερα ηλεκτρόνια και τα ιόντα της ουσίας υπό τη δράση ενός ηλεκτρικού πεδίου μετακινούνται από το ένα ηλεκτρόδιο στο άλλο, σχηματίζοντας ρεύμα αγωγιμότητας.
Τα συνδεδεμένα ηλεκτρικά φορτία υπό τη δράση ενός ηλεκτρικού πεδίου έχουν την ικανότητα να αναμειγνύονται μόνο εντός ορισμένων, συχνά πολύ περιορισμένων ορίων. Αυτή η διαδικασία κίνησης, η λεγόμενη πόλωση, χαρακτηρίζεται από διάνυσμα πόλωσης και ουσιαστικά εξαρτάται από τις φυσικές συνδέσεις μεταξύ των φορτίων. Στην πόλωση, τα φορτία μετατοπίζονται υπό τη δράση ενός ηλεκτρικού πεδίου και εμφανίζονται ρεύμα εκτροπής.
Το διηλεκτρικό περιέχει ίσο αριθμό θετικών και αρνητικών διασυνδεδεμένων φορτίων και η επίδραση ενός εξωτερικού ηλεκτρικού πεδίου επηρεάζει την αμοιβαία μετατόπιση των κέντρων θετικών και αρνητικών φορτίων και στην εμφάνιση ηλεκτρικών ροπών ζευγών αντίθετων φορτίων - διπολικές ροπές. Σε ένα ομοιόμορφο πεδίο, το διάνυσμα πόλωσης είναι η μέση τιμή της συνολικής διπολικής ροπής ανά μονάδα όγκου. Η πόλωση του διηλεκτρικού εξαρτάται από την ισχύ του ηλεκτρικού πεδίου.
Τα υλικά στα οποία μόνο τα ρεύματα αγωγιμότητας έχουν σημασία και τα ρεύματα μετατόπισης μπορούν να αγνοηθούν ονομάζονται οδηγούς… Τα υλικά στα οποία τα ρεύματα αγωγιμότητας είναι αμελητέα και μπορούν να παραμεληθούν ονομάζονται μονωτές… Τα υλικά στα οποία η πόλωση έχει μεγάλη σημασία ονομάζονται διηλεκτρικά (βλ. Μέταλλα και διηλεκτρικά - Ποια είναι η διαφορά;). Τα υλικά εκείνα στα οποία είναι απαραίτητο να ληφθούν υπόψη τόσο τα ρεύματα αγωγής όσο και τα ρεύματα μετατόπισης ταξινομούνται ως ημιαγωγών.
Το φαινόμενο της πόλωσης των διηλεκτρικών και η εμφάνιση ρεύματος πόλωσης στη βιομηχανία χρησιμοποιείται για θέρμανση υψηλής συχνότητας διηλεκτρικών (για παράδειγμα, ξήρανση ξύλου, χαρτονιού, θέρμανση στη βιομηχανία τροφίμων) και ημιαγωγών.
Το προς θέρμανση υλικό τοποθετείται ανάμεσα στις πλάκες του πυκνωτή στις οποίες εφαρμόζεται τάση υψηλής συχνότητας. Τα ρεύματα αγωγής και μετατόπισης που συμβαίνουν σε ένα υλικό τοποθετημένο σε ηλεκτρικό πεδίο υψηλής συχνότητας προκαλούν τη δημιουργία θερμότητας στο υλικό και τη θέρμανση του. Αυτός ο τύπος θέρμανσης ονομάζεται διηλεκτρική θέρμανση.
Η διαδικασία ξήρανσης υγρών υλικών, δηλ. η απομάκρυνση της υγρασίας από αυτά, μπορεί να συμβεί λόγω δύο φαινομένων: την άμεση εξάτμιση της υγρασίας στο εσωτερικό του υλικού και την απελευθέρωσή της με τη μορφή ατμού και τη μετακίνηση της υγρασίας στην υγρή φάση από τις εσωτερικές περιοχές προς την επιφάνεια. Η παρουσία ηλεκτρικού πεδίου στο υλικό επηρεάζει σημαντικά την εξάτμιση και την κίνηση της υγρασίας, γεγονός που καθιστά δυνατή τη σημαντική ενίσχυση της διαδικασίας ξήρανσης.