Номер 3, страница 326 - гдз по физике 10 класс учебник Мякишев, Буховцев

Вопросы к параграфу. Параграф 98. Проводники и диэлектрики в электростатическом поле. Глава 14. Электростатика - номер 3, страница 326.

Условие.

Решение.

Решение 3.

Поляризация диэлектрика — это физическое явление, заключающееся в ограниченном смещении связанных электрических зарядов в диэлектрическом материале или в ориентации его полярных молекул под действием внешнего электрического поля. В результате этого процесса диэлектрик приобретает дипольный момент.

В зависимости от строения вещества различают несколько основных механизмов поляризации:

1. Ориентационная (дипольная) поляризация. Этот механизм характерен для полярных диэлектриков, молекулы которых (например, H₂O, NH₃) изначально обладают собственным дипольным моментом, то есть являются диполями. В отсутствие внешнего поля эти диполи ориентированы хаотично из-за теплового движения, и их суммарный дипольный момент равен нулю. Под действием внешнего электрического поля диполи стремятся повернуться и выстроиться преимущественно вдоль силовых линий поля, создавая ненулевой суммарный дипольный момент.

2. Электронная (деформационная) поляризация. Этот механизм присущ всем видам диэлектриков, но является основным для неполярных (например, H₂, O₂, инертные газы), молекулы которых не имеют собственного дипольного момента. Внешнее электрическое поле деформирует электронные оболочки атомов и молекул, смещая центры отрицательного заряда (электронные облака) и положительного заряда (ядра) друг относительно друга. В результате у каждой молекулы возникает наведенный (индуцированный) дипольный момент, направленный по полю.

3. Ионная поляризация. Характерна для диэлектриков с ионной кристаллической решеткой (например, NaCl, KCl). Внешнее поле вызывает смещение подрешеток положительных и отрицательных ионов в противоположные стороны, что также приводит к возникновению дипольного момента у элементарной ячейки кристалла.

Макроскопическим следствием поляризации является появление на поверхностях диэлектрика, перпендикулярных вектору напряженности внешнего электрического поля, нескомпенсированных связанных зарядов. Эти заряды создают внутри диэлектрика собственное внутреннее электрическое поле $\vec{E}_{вн}$, которое направлено противоположно внешнему полю $\vec{E}_{внеш}$. В результате результирующее электрическое поле $\vec{E}$ внутри диэлектрика оказывается ослабленным по сравнению с внешним полем: $E = E_{внеш} - E_{вн}$

Количественно степень поляризации характеризуется вектором поляризации (поляризованностью) $\vec{P}$, который равен дипольному моменту единицы объема вещества. Для линейных изотропных диэлектриков вектор поляризации пропорционален напряженности поля внутри диэлектрика: $\vec{P} = \chi_e \varepsilon_0 \vec{E}$ где $\chi_e$ — диэлектрическая восприимчивость вещества, а $\varepsilon_0$ — электрическая постоянная.

Ослабление поля в диэлектрике характеризуется диэлектрической проницаемостью среды $\varepsilon$, которая показывает, во сколько раз поле в диэлектрике слабее внешнего поля в вакууме. Она связана с восприимчивостью формулой: $\varepsilon = 1 + \chi_e$

Ответ: Поляризацией диэлектрика называют явление ориентации существующих или возникновения наведенных дипольных моментов у молекул (атомов) вещества под действием внешнего электрического поля, что приводит к появлению у всего образца диэлектрика электрического момента и ослаблению поля внутри него.