Номер 9, страница 265 - гдз по физике 10 класс учебник Кабардин, Орлов

9. Что называется диэлектрической проницаемостью?

8. Каковы механизмы поляризации диэлектриков?

Поляризация диэлектрика — это явление, при котором диэлектрик приобретает дипольный момент под действием внешнего электрического поля. Молекулы, из которых состоит диэлектрик, могут быть полярными (имеющими собственный дипольный момент, как у воды H₂O) и неполярными (не имеющими собственного дипольного момента в отсутствие поля, как у водорода H₂ или кислорода O₂). В зависимости от строения вещества, выделяют несколько основных механизмов поляризации.

1. Электронная (деформационная) поляризация. Данный механизм присущ всем типам диэлектриков. Под влиянием внешнего электрического поля электронные оболочки атомов и молекул смещаются относительно положительно заряженных ядер. В результате этого смещения каждый атом или молекула приобретает индуцированный (наведенный) дипольный момент, который ориентирован по направлению поля. Этот процесс является практически безынерционным и происходит за время порядка $10^{-15}$ с.

2. Ионная поляризация. Этот механизм наблюдается в диэлектриках с ионной кристаллической решеткой, например, в поваренной соли NaCl. Внешнее электрическое поле вызывает смещение подрешеток положительных и отрицательных ионов в противоположные стороны. В итоге каждая элементарная ячейка кристалла становится электрическим диполем, что приводит к поляризации всего образца.

3. Ориентационная (дипольная) поляризация. Этот механизм свойственен полярным диэлектрикам. Их молекулы изначально обладают постоянным дипольным моментом. В отсутствие поля диполи ориентированы хаотически из-за теплового движения, поэтому их суммарный дипольный момент равен нулю. При помещении во внешнее электрическое поле на диполи действует вращающий момент, который стремится повернуть их вдоль силовых линий поля. Тепловое движение мешает полной ориентации, но возникает преимущественная ориентация диполей, приводящая к появлению у диэлектрика макроскопического дипольного момента.

Ответ: Основными механизмами поляризации диэлектриков являются: электронная, связанная со смещением электронных оболочек относительно ядер в атомах; ионная, заключающаяся в смещении ионных подрешеток в кристаллах; и ориентационная, представляющая собой поворот полярных молекул по направлению внешнего электрического поля.

9. Что называется диэлектрической проницаемостью?

Диэлектрическая проницаемость среды — это безразмерная физическая величина, которая характеризует способность вещества ослаблять электрическое поле. Она показывает, во сколько раз сила кулоновского взаимодействия между двумя точечными зарядами в данной однородной среде меньше, чем в вакууме. Обозначается греческой буквой $\epsilon$ (эпсилон).

Если $F_0$ — это сила взаимодействия зарядов в вакууме, а $\text{F}$ — сила их взаимодействия в диэлектрической среде, то диэлектрическая проницаемость определяется как их отношение:

$\epsilon = \frac{F_0}{F}$

Аналогично, диэлектрическая проницаемость показывает, во сколько раз напряженность электрического поля $\text{E}$, создаваемого зарядами внутри диэлектрика, меньше напряженности поля $E_0$, которое те же заряды создали бы в вакууме:

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

Эта величина называется относительной диэлектрической проницаемостью. Для вакуума по определению $\epsilon = 1$. Для всех остальных веществ диэлектрическая проницаемость всегда больше единицы ($\epsilon > 1$). Например, для воздуха при нормальных условиях $\epsilon \approx 1.0006$, для дистиллированной воды $\epsilon \approx 81$, для стекла $\epsilon$ находится в диапазоне 4–10.

Следует отличать относительную диэлектрическую проницаемость $\epsilon$ от абсолютной диэлектрической проницаемости $\epsilon_a$, которая является размерной величиной и связана с относительной через электрическую постоянную $\epsilon_0$ (диэлектрическая проницаемость вакуума):

$\epsilon_a = \epsilon \cdot \epsilon_0$

В большинстве случаев, когда говорят "диэлектрическая проницаемость", имеют в виду именно относительную диэлектрическую проницаемость $\epsilon$.

Ответ: Диэлектрической проницаемостью ($\epsilon$) называется физическая величина, которая показывает, во сколько раз напряженность электрического поля в данной среде меньше, чем в вакууме, или, что эквивалентно, во сколько раз ослабляется сила взаимодействия между электрическими зарядами, помещенными в эту среду, по сравнению с их взаимодействием в вакууме.