Номер 4, страница 405 - гдз по физике 10 класс учебник Касьянов

Электростатика. 15. Энергия электромагнитного взаимодействия неподвижных зарядов. Параграф 87. Диэлектрики в электростатическом поле. Вопросы - номер 4, страница 405.

Условие.

4. Почему диэлектрик ослабляет электростатическое поле? Что показывает относительная диэлектрическая проницаемость среды?

Решение.

Почему диэлектрик ослабляет электростатическое поле?

Диэлектрик ослабляет внешнее электростатическое поле из-за явления, называемого поляризацией. Диэлектрики состоят из электрически нейтральных атомов или молекул. При внесении диэлектрика во внешнее электростатическое поле $E_0$ происходит смещение связанных зарядов внутри него.

В зависимости от строения молекул, поляризация может быть двух типов. В неполярных диэлектриках под действием внешнего поля электронные облака смещаются относительно ядер, и каждая молекула приобретает наведенный (индуцированный) дипольный момент. В полярных диэлектриках, состоящих из молекул-диполей, внешнее поле ориентирует эти диполи преимущественно вдоль силовых линий поля.

В результате поляризации на поверхностях диэлектрика, перпендикулярных вектору напряженности внешнего поля, возникают нескомпенсированные связанные заряды. Эти заряды создают внутри диэлектрика собственное электрическое поле $E'$, направленное противоположно внешнему полю $E_0$.

Результирующее поле $E$ внутри диэлектрика равно векторной сумме внешнего и внутреннего полей: $E = E_0 + E'$. Так как поле $E'$ направлено против $E_0$, модуль результирующего поля оказывается меньше модуля внешнего поля: $E < E_0$. Таким образом, диэлектрик ослабляет электростатическое поле.

Ответ: Диэлектрик ослабляет электростатическое поле за счет поляризации — ориентации или индуцирования дипольных моментов молекул, что приводит к созданию внутреннего электрического поля, направленного против внешнего. Результирующее поле внутри диэлектрика становится слабее.

Что показывает относительная диэлектрическая проницаемость среды?

Относительная диэлектрическая проницаемость среды, обозначаемая греческой буквой эпсилон ($\varepsilon$), — это безразмерная физическая величина, которая является количественной характеристикой способности вещества ослаблять электростатическое поле.

Она показывает, во сколько раз модуль напряженности электростатического поля $E$ в однородном диэлектрике меньше модуля напряженности поля $E_0$ в вакууме:

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

Также относительная диэлектрическая проницаемость показывает, во сколько раз сила электростатического взаимодействия $F$ между двумя точечными зарядами в данной среде меньше, чем сила их взаимодействия $F_0$ в вакууме на том же расстоянии:

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

Для вакуума $\varepsilon = 1$. Для всех диэлектрических сред $\varepsilon > 1$. Чем больше значение $\varepsilon$, тем сильнее диэлектрик ослабляет внешнее электрическое поле.

Ответ: Относительная диэлектрическая проницаемость среды ($\varepsilon$) показывает, во сколько раз напряженность электростатического поля внутри вещества меньше, чем в вакууме, а также во сколько раз ослабляется сила взаимодействия между зарядами в этой среде по сравнению с вакуумом.