Номер 3, страница 337 - гдз по физике 10 класс учебник Хижнякова, Синявина

Основы электродинамики. Глава 12. Разность потенциалов. Энергия электростатического поля. Параграф 61. Диэлектрики в электростатическом поле. Вопросы - номер 3, страница 337.

Условие.

3. В чём заключается явление поляризации диэлектрика?

Решение.

3. Явление поляризации диэлектрика заключается в ориентации или смещении связанных электрических зарядов внутри диэлектрика под действием внешнего электрического поля. В отличие от проводников, в диэлектриках нет свободных носителей заряда, которые могли бы перемещаться по всему объёму. Заряды (электроны и атомные ядра) в диэлектрике «связаны» друг с другом и могут лишь незначительно смещаться относительно своих положений равновесия.

Когда диэлектрик помещают во внешнее электрическое поле с напряженностью $\vec{E_0}$, на связанные положительные и отрицательные заряды начинают действовать электрические силы, направленные в противоположные стороны. Это приводит к возникновению в объёме диэлектрика множества микроскопических электрических диполей, ориентированных преимущественно вдоль поля.

Существует несколько основных механизмов поляризации.

Первый механизм — электронная (деформационная) поляризация. Он характерен для неполярных диэлектриков, молекулы которых в отсутствие поля не имеют дипольного момента. Внешнее поле деформирует электронные оболочки атомов и молекул, смещая их центры относительно ядер. В результате каждая молекула приобретает наведённый (индуцированный) дипольный момент.

Второй механизм — ориентационная (дипольная) поляризация. Он характерен для полярных диэлектриков, молекулы которых изначально обладают собственным дипольным моментом (например, молекулы воды $H_2O$). В отсутствие поля эти диполи ориентированы хаотично из-за теплового движения, и их суммарный дипольный момент равен нулю. Внешнее поле создаёт вращающий момент, который стремится сориентировать диполи вдоль направления поля, преодолевая дезориентирующее действие теплового движения.

В результате любого механизма поляризации на поверхностях диэлектрика, перпендикулярных вектору напряжённости внешнего поля, возникают нескомпенсированные связанные заряды (положительные на одной стороне и отрицательные на другой). Эти поверхностные заряды создают внутри диэлектрика собственное электрическое поле $\vec{E'}$, направленное навстречу внешнему полю $\vec{E_0}$.

Таким образом, результирующее электрическое поле внутри диэлектрика $\vec{E}$ становится слабее внешнего поля: $\vec{E} = \vec{E_0} + \vec{E'}$. По модулю $E < E_0$. Степень ослабления поля характеризуется диэлектрической проницаемостью среды $\epsilon$:

$\epsilon = \frac{E_0}{E}$

Ответ: Явление поляризации диэлектрика — это процесс смещения связанных зарядов или ориентации полярных молекул в диэлектрике под действием внешнего электрического поля, приводящий к возникновению внутреннего электрического поля, которое ослабляет внешнее поле внутри диэлектрика.