Номер 12, страница 325 - гдз по физике 10 класс учебник часть 1 Генденштейн, Дик

Электростатика. Глава 8. Свойства электрического поля. Параграф 39. Проводники и диэлектрики в электростатическом поле - номер 12, страница 325.

Условие.

12. Подвешенное на нити лёгкое продолговатое тело из диэлектрика вносят в однородное электрическое поле. Изобразите схематически в тетради, какое положение займёт тело и как перераспределятся в нём заряды.

Решение.

Решение

При внесении диэлектрического тела в однородное электрическое поле происходит его поляризация. В диэлектриках нет свободных носителей заряда, но есть связанные заряды в составе атомов и молекул. Под действием внешнего электрического поля с напряжённостью $\vec{E}$ положительные заряды (атомные ядра) смещаются по направлению поля, а отрицательные (электронные облака) – против направления поля.

В результате такого смещения на поверхностях продолговатого тела возникают нескомпенсированные связанные заряды. На той поверхности, которая обращена в сторону, противоположную направлению вектора напряжённости $\vec{E}$ (т.е. к положительному источнику поля), накапливается избыточный отрицательный заряд. На противоположной поверхности, обращённой по направлению вектора $\vec{E}$ (т.е. к отрицательному источнику поля), накапливается избыточный положительный заряд. Общий заряд тела при этом остаётся равным нулю.

Поскольку поле однородное, силы, действующие на эти индуцированные поверхностные заряды, равны по модулю и противоположны по направлению. Следовательно, результирующая сила, действующая на диэлектрик, равна нулю, и он не будет двигаться поступательно.

Однако если продольная ось тела изначально составляет некоторый угол с направлением силовых линий поля, то пара сил, действующих на противоположные концы тела, создаст вращающий момент. Этот момент будет поворачивать тело до тех пор, пока его продольная ось не установится параллельно силовым линиям электрического поля. Это положение является положением устойчивого равновесия, так как в нём потенциальная энергия диполя в поле минимальна.

Таким образом, схематически следует изобразить однородное поле (параллельные линии со стрелками в одном направлении) и расположенное параллельно этим линиям продолговатое тело. На конце тела, к которому направлены стрелки поля, следует обозначить положительные связанные заряды (знаками «+»), а на противоположном конце — отрицательные связанные заряды (знаками «−»).

Ответ:

Подвешенное на нити лёгкое продолговатое тело из диэлектрика, внесённое в однородное электрическое поле, расположится так, что его длинная ось будет параллельна силовым линиям электрического поля. Внутри тела произойдёт поляризация: на конце, обращённом против направления силовых линий, сосредоточится отрицательный связанный заряд, а на конце, обращённом по направлению силовых линий, — положительный связанный заряд.