Номер 8, 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 8, страница 325.

Условие.

8. Поясните, как связана поляризация диэлектрика с перераспределением зарядов в нём.

Решение.

8. Поляризация диэлектрика — это процесс, напрямую связанный с перераспределением электрических зарядов внутри вещества под действием внешнего электрического поля.

В диэлектриках, в отличие от проводников, нет свободных зарядов. Все заряды (положительные ядра атомов и отрицательные электроны) являются связанными, то есть могут лишь незначительно смещаться из своих положений равновесия. Механизм перераспределения этих связанных зарядов, то есть поляризации, зависит от строения молекул диэлектрика.

Существует два основных типа диэлектриков и, соответственно, два механизма поляризации:

Неполярные диэлектрики. В отсутствие внешнего поля молекулы такого диэлектрика симметричны, и центры распределения положительных и отрицательных зарядов в них совпадают. Под действием внешнего электрического поля $ \vec{E}_0 $ положительные заряды в молекуле смещаются по направлению поля, а отрицательные — против. Происходит деформация молекул, они вытягиваются и превращаются в электрические диполи (индуцированные диполи). Это смещение зарядов и есть их перераспределение.

Полярные диэлектрики. Молекулы таких веществ изначально являются диполями (например, молекула воды), но из-за теплового движения они ориентированы хаотично, и их поля взаимно компенсируются. При внесении в электрическое поле на каждый диполь действует вращающий момент, который стремится повернуть его вдоль силовых линий поля. В результате диполи приобретают преимущественную ориентацию по направлению поля. Такое упорядочивание ориентаций диполей также является формой перераспределения зарядов в объеме вещества.

В обоих случаях микроскопическое перераспределение зарядов приводит к макроскопическому эффекту: на одной поверхности диэлектрика возникает нескомпенсированный связанный отрицательный заряд, а на противоположной — положительный. Эти поверхностные заряды создают собственное внутреннее электрическое поле $ \vec{E}' $, направленное против внешнего поля $ \vec{E}_0 $. В итоге результирующее поле внутри диэлектрика ослабляется: $ \vec{E} = \vec{E}_0 + \vec{E}' $.

Ответ: Поляризация диэлектрика и есть процесс перераспределения связанных зарядов в веществе под действием внешнего электрического поля. Это перераспределение заключается либо в смещении зарядов внутри молекул с образованием индуцированных диполей (в неполярных диэлектриках), либо в ориентации уже существующих молекулярных диполей вдоль поля (в полярных диэлектриках). Макроскопическим проявлением этого перераспределения является возникновение на поверхностях диэлектрика связанных зарядов, создающих внутреннее электрическое поле, которое ослабляет внешнее поле.