Поляризуемость атомов, ионов и молекул – способность этих частиц приобретать дипольный момент р в электрическом поле Е. Появление р обусловлено смещением электрических зарядов в атомных системах под действием поля Е; такой индуцированный момент р исчезает при отсутствии поля (понятие поляризуемости не относят, как правило, к частицам, обладающим постоянным дипольным моментом, например к полярным молекулам).

В относительно слабых полях зависимость р от Е линейная:

р =αЕ,

где α имеет размерность объёма и является количественной мерой поляризуемости. Для некоторых молекул значение поляризуемости может зависить от направления Е (анизотропная поляризуемость.). В сильных электрических полях зависимость р (Е) перестаёт быть линейной.

При включении поля момент р появляется не мгновенно, время установления t момента р зависит от природы частиц и окружающей среды. Статическому полю отвечает статическое значение поляризуемости. В переменном, например изменяющемся по гармоническому закону, поле поляризуемость зависит от его частоты ω и времени установления t. При достаточно низких ω и коротких t момент р устанавливается синфазно с изменениями поля и поляризуемость совпадает со статической поляризуемостью. При очень высоких ω или больших t момент р может вообще не возникать (частица "не чувствует" присутствия поля, поляризуемости нет). В промежуточных случаях наблюдаются явления дисперсии и поглощения.

Различают несколько видов поляризации. Электронная поляризация обусловлена смещением в поле Е электронных оболочек относительно атомных ядер; ионная поляризация (в ионных кристаллах) - смещением в противоположных направлениях разноимённых ионов из положения равновесия; атомная поляризация обусловлена смещением в поле Е атомов разного типа в молекуле (она связана с несимметричным распределением в молекуле электронной плотности). Температурная зависимость этих видов поляризаций слабая: с ростом температуры поляризуемость несколько уменьшается.

В физике твёрдых и жидких диэлектриков под поляризацией понимают среднюю поляризацию. Поляризацию Р, рассчитанную на 1 частицу и приходящуюся на единицу поля:

где N – число частиц.

Поляризация полярных диэлектриков называется ориентационной. Поляризация диэлектриков при скачкообразных переходах его частиц из одного возможного состояния в другое под действием поля Е можно описывать, вводя релаксационную поляризацию. Характерной особенностью этих видов поляризации является их резкая зависимость от температуры.

Под действием электрического поля электронные облака атомов и молекул смещаются относительно положения ядер на расстояния, меньше размеров атомов или молекул. Атомы м молекулы при этом поляризуются в электрическом поле, приобретая индуцированные дипольные моменты, пропорциональные напряженности локального поля, в котором они находятся. Такая поляризуемость называется электронной. Электронная поляризуемость диэлектрика устанавливается за время порядка 10^-15 с, то есть характерной особенностью Электронной поляризуемости является её малая инерциальность. Такая поляризация происходит практически мгновенно при появлении электрического поля и отслеживает быстрые колебания его величины вплоть до частот порядка 10¹⁵ Гц. Электронная поляризуемость имеет место во всех без исключения диэлектриках.

Электронная поляризуемость сферического объёма, заполненного диэлектриком, может быть определена равенством

где r – радиус сферы.

По порядку величины электронная поляризуемость равна 10^-29м³.
 

Электронная поляризация представляет собой упругое смещение и деформацию электронных оболочек атомов и ионов.

Время установления электронной поляризации ничтожно мало. Поэтому электронную поляризацию называют мгновенной. Она проявляется при всех частотах, вплоть до 10¹⁴ – 10¹⁶ Гц.
Электронная поляризация наблюдается у всех видах диэлектриков и не связана с потерями энергии до резонансных частот. Значение диэлектрической проницаемости вещества с чисто электронной поляризацией не зависит от температуры, а диэлектрическая проницаемость ε уменьшается с повышением температуры в связи с тепловым расширением диэлектрика и уменьшением числа частиц в единице объёма. Кривая зависимости ε от температуры подобна кривой изменения плотности; причём наиболее резкие снижения наблюдаются при агрегатных переходах вещества из твёрдого состояния в жидкое и из жидкого в газообразное.

Изменение ε при изменении температуры характеризуется температурным коэффициентом диэлектрической проницаемости, выражаемым в К^-1:

Диэлектрики находят широкое применение в радио, вычислительной технике, в электронике, а так же в космонавтике. Сегнетоэлектрики, например, используют для изготовления малогабаритных низкочастотных конденсаторов с большой удельной ёмкостью, для изготовления материалов с большой нелинейностью поляризации для диэлектрических усилителей, модуляторов и других управляемых устройств. Так используют в счётно-вычислительной технике в качестве ячеек памяти, антисегнетоисточники используют для модуляции и преобразования лазерного излучения. Сегнетоэлектрики используют для получения пезоэлектриков, пироэлектриков. Они же в свою очередь интересны простотой технологии, невысокой стоимостью, возможностью изготовления образцов практически любой геометрии.

Формула Лоренц - Лоренца связывает преломления показатель n вещества с электронной поляризуемостью α_эл составляющих его частиц. Получена в 1880 Х. А. Лоренцом и независимо от него датcким физиком Л. Лоренцом. Для вещества, все частицы которого одинаковы, формула имеет вид:

   (1)

(N - число поляризующихся частиц в единице объёма). В случае смеси k вещества правая часть (1) заменяется на сумму k членов , (i = 1, 2, …, k), каждый из которых относится лишь к одному из этих веществ (сумма всех N_i равна N).

Формула Лоренц - Лоренца выведена в предположениях, справедливых только для изотропных сред (газы, неполярные жидкости, кубические кристаллы). Однако, как показывает опыт, (1) приближённо выполняется и для многих других веществ (допустимость её применения и степень точности устанавливаются экспериментально в каждом отдельном случае). Формула Лоренц - Лоренца неприменима в областях собственных (резонансных) полос поглощения веществ - областях аномальной дисперсии света в них.

Поляризуемость вещества можно считать чисто электронной лишь при частотах внешнего поля, соответствующих видимому и ультрафиолетовому излучению. Только в этих диапазонах (с указанными выше ограничениями) применима формула Лоренц - Лоренца в виде (1). При более медленных колебаниях поля, в инфракрасной (ИК) области, успевают сместиться более тяжёлые, чем электроны, ионные остовы (атомы) и приходится учитывать их вклад в поляризуемость α_ат. В ряде случаев достаточно в формуле (1) заменить α_эл на полную «упругую» поляризуемость α_эл и α_ат; следует иметь в виду, что диэлектрическая проницаемость ε = n². В полярных диэлектриках в ещё более длинноволновой, чем ИК, области спектра существенна так называемая ориентационная поляризация, обусловленная поворотом «по полю» постоянных дипольных моментов частиц. Её учёт приводит к усложнению зависимости n от α для этих частот (формула Ланжевена - Дебая).

При всех ограничениях на её применимость формула Лоренц - Лоренца широко используется: она и непосредственно следующее из неё выражение для рефракции молекулярной являются основой для рефрактометрии чистых веществ и смесей, определения поляризуемости частиц, исследования структуры органических и неорганических соединений.