Номер 2, страница 405 - гдз по физике 10 класс учебник Касьянов

Вопросы. Параграф 87. Диэлектрики в электростатическом поле. 15. Энергия электромагнитного взаимодействия неподвижных зарядов. Электростатика - номер 2, страница 405.

Условие.

2. В чём проявляется действие внешнего электростатического поля на молекулы полярного диэлектрика?

Решение.

2. Действие внешнего электростатического поля на молекулы полярного диэлектрика проявляется в их преимущественной ориентации вдоль силовых линий поля. Этот процесс называется ориентационной (или дипольной) поляризацией.

Молекулы полярного диэлектрика (например, молекула воды $H_2O$) изначально представляют собой электрические диполи. Это означает, что центры распределения положительных и отрицательных зарядов в них пространственно не совпадают, и поэтому каждая молекула обладает собственным, постоянным дипольным моментом $\vec{p}$ даже в отсутствие внешнего электрического поля.

В отсутствие внешнего поля диполи ориентированы хаотично из-за непрерывного теплового движения. В результате этого суммарный дипольный момент всего диэлектрика равен нулю, и он не создает макроскопического электрического поля.

При помещении полярного диэлектрика во внешнее электростатическое поле с напряженностью $\vec{E}_{внешн}$ на каждый молекулярный диполь начинает действовать пара сил. Эта пара сил создает вращающий момент $\vec{M} = \vec{p} \times \vec{E}_{внешн}$, который стремится повернуть диполь так, чтобы его ось выстроилась вдоль силовой линии поля (положительный полюс диполя по направлению вектора $\vec{E}_{внешн}$, а отрицательный — в противоположном направлении).

Этому упорядочивающему действию поля противодействует тепловое движение молекул, которое стремится вернуть их в состояние хаотической ориентации. В результате в диэлектрике устанавливается некоторая преимущественная ориентация диполей в направлении внешнего поля, степень которой зависит от напряженности поля (чем сильнее поле, тем выше степень ориентации) и от температуры (чем выше температура, тем сильнее дезориентирующее тепловое движение).

Вследствие этой преимущественной ориентации диэлектрик поляризуется. На его поверхностях возникают нескомпенсированные (связанные) заряды, которые создают внутри диэлектрика собственное электрическое поле $\vec{E}_{внутр}$, направленное навстречу внешнему полю $\vec{E}_{внешн}$. Это внутреннее поле ослабляет внешнее поле внутри диэлектрика.

Ответ: Действие внешнего электростатического поля на молекулы полярного диэлектрика проявляется в их частичном упорядочивании (ориентации) вдоль поля. Это приводит к поляризации диэлектрика и ослаблению электростатического поля внутри него.