ГДЗ по физике, 10 класс, Мякишев, номер 98.4: Проводники и диэлектрики в электростатическом поле

План решения:

Чтобы ответить на вопрос о влиянии диэлектрика на электрическое поле, необходимо рассмотреть механизм поляризации вещества. Мы проанализируем, как ведут себя молекулы диэлектрика во внешнем поле и как это изменяет результирующую напряженность внутри материала.

Вычисление и физический анализ:

Диэлектрики — это вещества, в которых отсутствуют свободные заряды, способные перемещаться на большие расстояния (в отличие от проводников). Однако их молекулы могут быть полярными или неполярными. При помещении диэлектрика во внешнее электростатическое поле с напряженностью E₀ происходит следующее:

• Если молекулы неполярны , под действием поля смещаются центры тяжести положительных и отрицательных зарядов, образуя индуцированные диполи.
• Если молекулы полярны , они ориентируются вдоль линий напряженности внешнего поля.

В результате этих процессов на поверхности диэлектрика появляются связанные заряды. Эти заряды создают собственное поле E′, которое направлено против внешнего поля E₀. Согласно принципу суперпозиции, результирующая напряженность поля внутри диэлектрика E будет равна векторной сумме: E=E₀-E′ (для случая однородного поля и плоского слоя диэлектрика).

Таким образом, напряженность поля внутри диэлектрика уменьшается. Степень этого уменьшения характеризуется относительной диэлектрической проницаемостью среды ε: E=E₀/ε где ε>1 для всех диэлектриков.

Проверка и вывод:

Проверим логику: если бы диэлектрик не ослаблял поле, то ε было бы равно 1, что соответствует вакууму. Поскольку наличие вещества всегда приводит к появлению связанных зарядов, экранирующих внешнее воздействие, результат должен быть меньше исходного значения. Это подтверждается экспериментально: конденсатор с диэлектриком имеет большую емкость при том же напряжении, что означает меньшее поле между обкладками для того же заряда (C=εC₀, а E=U/d).