Номер 7, страница 127, часть 2 - гдз по физике 10 класс учебник Генденштейн, Булатова

Часть 2. Электростатика и постоянный электрический ток. Глава VII. Электростатика. Параграф 37. Проводники и диэлектрики в электрическом поле - номер 2, страница 112.

Условие.

2. Почему диэлектрическая проницаемость газов намного меньше, чем диэлектрическая проницаемость жидкостей и твёрдых тел?

Решение 2.

Решение

Диэлектрическая проницаемость вещества $ \epsilon $ — это физическая величина, которая показывает, во сколько раз напряженность электрического поля в этом веществе меньше, чем в вакууме. Этот эффект ослабления поля связан с явлением поляризации диэлектрика.

Когда диэлектрик помещают во внешнее электрическое поле, его молекулы или атомы поляризуются. Это означает, что они либо ориентируются по полю (если молекулы полярные, как у воды), либо деформируются, образуя наведенный дипольный момент (если молекулы неполярные). Совокупность этих микроскопических диполей создает внутри диэлектрика собственное электрическое поле, направленное против внешнего поля. В результате результирующее поле внутри вещества ослабляется.

Величина этого ослабления, а значит, и значение диэлектрической проницаемости, напрямую зависит от количества поляризующихся частиц в единице объема, то есть от их концентрации.

Ключевое различие между газами, жидкостями и твёрдыми телами заключается в их плотности и, соответственно, в концентрации частиц:

1. Газы: В газах молекулы находятся на больших расстояниях друг от друга. Их концентрация очень мала. Из-за этого общее число диполей, создающих внутреннее поле в единице объема, невелико. Внутреннее поле, противодействующее внешнему, оказывается очень слабым. Как следствие, диэлектрическая проницаемость газов лишь незначительно превышает единицу (диэлектрическую проницаемость вакуума) и очень близка к ней. Например, для воздуха при нормальных условиях $ \epsilon \approx 1.00059 $.

2. Жидкости и твёрдые тела: В этих веществах (конденсированных средах) атомы и молекулы расположены очень плотно, вплотную друг к другу. Их концентрация в сотни и тысячи раз выше, чем в газах. Поэтому при помещении в то же самое внешнее электрическое поле в единице объема образуется огромное количество ориентированных или индуцированных диполей. Они создают мощное внутреннее поле, которое значительно ослабляет внешнее поле. По этой причине диэлектрическая проницаемость жидкостей и твёрдых тел намного больше единицы (например, у дистиллированной воды $ \epsilon \approx 81 $, у слюды $ \epsilon \approx 7 $).

Таким образом, основная причина различия заключается в огромной разнице в концентрации частиц.

Ответ: Диэлектрическая проницаемость газов намного меньше, чем у жидкостей и твёрдых тел, из-за значительно более низкой концентрации молекул (или атомов). Способность вещества ослаблять электрическое поле (поляризуемость) зависит от числа частиц в единице объема. Так как в жидкостях и твёрдых телах плотность и концентрация частиц на несколько порядков выше, чем в газах, их суммарный поляризационный эффект и, следовательно, диэлектрическая проницаемость оказываются намного больше.

<--between_edition_2-->