ГДЗ по физике, 10 класс, Мякишев, номер 103.2: Электроёмкость. единицы электроёмкости. конденсатор

План решения:

Для ответа на вопрос необходимо вспомнить определение электроёмкости и физический смысл работы по разделению зарядов. Электроёмкость C — это характеристика проводника или системы проводников (конденсатора), показывающая, какой заряд q можно сообщить телу при определённом изменении потенциала dvarphi: C=dq/dvarphi

Вычисление и обоснование:

В диэлектрике отсутствуют свободные носители заряда (электроны проводимости). Заряды в диэлектрике связаны с атомами и молекулами. При помещении диэлектрика во внешнее электрическое поле происходит не перераспределение свободных зарядов по поверхности тела, как у проводника, а поляризация — смещение связанных зарядов внутри объёма.

Если попытаться «зарядить» изолированный кусок диэлектрика, сообщив ему некоторый избыточный заряд q, то этот заряд не сможет свободно перемещаться по всему объёму или поверхности для выравнивания потенциала. Потенциал будет зависеть от того, куда именно мы поместили заряд, а не только от величины заряда. Понятие «потенциал всего тела», необходимое для определения ёмкости (C=q/varphi), теряет смысл, так как тело не является эквипотенциальным.

Кроме того, ёмкость конденсатора определяется геометрией обкладок (проводников) и свойствами диэлектрика между ними, но сам диэлектрик не обладает собственной ёмкостью как отдельный объект, способный накапливать свободный заряд при фиксированном потенциале.

Проверка:

Сравним с проводником. У проводника при сообщении заряда q весь заряд распределяется по поверхности, потенциал становится одинаковым во всех точках тела (varphi=const), и отношение q/varphi есть константа, зависящая только от формы и размеров. У диэлектрика такое распределение невозможно из-за отсутствия подвижных зарядов, следовательно, величина q/varphi не является характеристикой материала или формы, а зависит от способа локализации заряда. Поэтому понятие электроёмкости к диэлектрикам неприменимо.