Номер 2, страница 27 - гдз по физике 11 класс учебник Мякишев, Буховцев

Вспомните, как происходит поляризация диэлектрика. Что общего между этим явлением и намагничиванием вещества?

Как происходит поляризация диэлектрика.
Поляризация диэлектрика — это явление, возникающее при помещении диэлектрического материала во внешнее электрическое поле. Суть явления заключается в ориентации или возникновении электрических диполей на микроскопическом уровне. Механизм поляризации зависит от строения молекул диэлектрика. Существует два основных типа поляризации:

Поляризация неполярных диэлектриков. Молекулы таких диэлектриков (например, $H_2$, $O_2$, $CH_4$) симметричны, и в отсутствие внешнего поля центры распределения положительных и отрицательных зарядов в них совпадают. Такие молекулы не являются диполями. Под действием внешнего электрического поля происходит смещение зарядов: положительные заряды (ядра) смещаются по направлению поля, а отрицательные (электронные облака) — против поля. В результате каждая молекула превращается в индуцированный (наведенный) электрический диполь. Этот вид поляризации называется электронной или деформационной.

Поляризация полярных диэлектриков. Молекулы таких диэлектриков (например, $H_2O$, $NH_3$) асимметричны, и центры распределения положительных и отрицательных зарядов в них смещены. Такие молекулы являются постоянными электрическими диполями. В отсутствие внешнего поля эти диполи ориентированы хаотично из-за теплового движения, поэтому суммарный дипольный момент всего диэлектрика равен нулю. При внесении во внешнее электрическое поле на диполи начинает действовать вращающий момент, который стремится сориентировать их вдоль силовых линий поля. Этот вид поляризации называется ориентационной.

В обоих случаях в объеме диэлектрика возникает упорядоченная ориентация диполей. На поверхностях диэлектрика, перпендикулярных вектору напряженности поля, появляются связанные (поляризационные) заряды. Эти заряды создают собственное внутреннее электрическое поле $\vec{E}_{вн}$, направленное против внешнего поля $\vec{E}_{внеш}$. В результате результирующее поле внутри диэлектрика ослабляется: $\vec{E} = \vec{E}_{внеш} + \vec{E}_{вн}$.

Ответ: Поляризация диэлектрика – это процесс упорядоченной ориентации или индуцирования электрических диполей в веществе под действием внешнего электрического поля, что приводит к появлению внутреннего электрического поля, ослабляющего внешнее.

Что общего между этим явлением и намагничиванием вещества?
Намагничивание вещества — это процесс приобретения веществом магнитного момента под действием внешнего магнитного поля. Несмотря на различие физической природы электрических и магнитных полей, между явлениями поляризации диэлектриков и намагничивания веществ (магнетиков) существует глубокая аналогия. Общие черты заключаются в следующем:

Микроскопическая природа: Оба явления обусловлены реакцией микроскопических носителей свойств — молекул и атомов — на внешнее поле. Поляризация связана с электрическими диполями (смещением зарядов), а намагничивание — с магнитными диполями (орбитальным движением и спинами электронов, которые создают микроскопические токи).

Реакция на внешнее поле: И поляризация, и намагничивание являются откликом вещества на приложенное извне поле (электрическое или магнитное соответственно). Вещество само становится источником поля.

Аналогичные механизмы: Существуют аналогичные типы поведения. Ориентационная поляризация полярных диэлектриков (ориентация уже существующих электрических диполей) аналогична парамагнетизму (ориентации уже существующих атомных магнитных моментов). Электронная (деформационная) поляризация неполярных диэлектриков (создание индуцированных электрических диполей) аналогична диамагнетизму (созданию индуцированных магнитных моментов).

Создание внутреннего поля: В обоих случаях упорядочивание микроскопических диполей приводит к возникновению макроскопического внутреннего поля. В диэлектрике это поле всегда направлено против внешнего. В магнетиках внутреннее поле может как ослаблять (диамагнетики), так и усиливать (пара- и ферромагнетики) внешнее поле.

Макроскопическое описание: Оба явления описываются с помощью векторных величин, характеризующих состояние вещества. Поляризация описывается вектором поляризованности $\vec{P}$ (дипольный момент единицы объема), а намагничивание — вектором намагниченности $\vec{M}$ (магнитный момент единицы объема). Величины этих векторов пропорциональны напряженности соответствующего поля: $\vec{P} = \varepsilon_0 \chi_e \vec{E}$ и $\vec{M} = \chi_m \vec{H}$, где $\chi_e$ и $\chi_m$ — электрическая и магнитная восприимчивости вещества.

Ответ: Общее между поляризацией диэлектрика и намагничиванием вещества заключается в том, что оба явления представляют собой отклик вещества на внешнее поле (электрическое или магнитное) на микроскопическом уровне через упорядочивание или создание диполей (электрических или магнитных). В результате этого в веществе создается собственное макроскопическое поле, а сами явления описываются аналогичными математическими моделями и характеризуются соответствующими восприимчивостями.