Подготовка к вступительным экзаменам в МГУ. Физика - Гомонова А.И.
Скачать (прямая ссылка):
навстречу силовым линиям поля, появится избыточный отрицательный заряд,
на противоположной поверхности - избыточный положительный. Заряды,
появляющиеся на поверхностях проводника, создают внутри него
электрическое поле, вектор напряженности которого противоположен вектору
напряженности внешнего поля. Упорядоченное движение электронов в
проводнике прекратится, когда внутреннее поле станет равным по величине
внешнему полю. Под действием внешнего электростатического поля электроны
проводимости в проводнике перераспределяются так, что напряженность
результирующего поля в любой точке внутри проводника становится равной
нулю; некомпенсированные заряды располагаются неподвижно только на
поверхности проводника. Явление перераспределения зарядов в проводнике во
внешнем электростатическом поле называется электростатической индукцией.
146
Электростатика
При помещении в электростатическое поле диэлектрика в нем происходят
несколько иные процессы. Молекулы диэлектрика электрически нейтральны -
суммарные положительные заряды их ядер и отрицательные заряды всех
электронов равны друг другу. В зависимости от строения молекул
различаются полярные и неполярные диэлектрики.
Если в отсутствие внешнего электрического поля центры положительных и
отрицательных зарядов в молекуле диэлектрика совпадают, то он называется
неполярным. В отсутствии внешнего поля дипольный момент молекулы
неполярного диэлектрика равен нулю. Если молекулу неполярного диэлектрика
поместить во внешнее электрическое поле, то произойдет ее деформация и
возникнет индуцированный дипольный момент.
В молекулах полярных диэлектриков ядра и электроны расположены таким
образом, что центры положительных и отрицательных зарядов не совпадают.
Такие молекулы, независимо от внешних электрических полей, ведут себя как
жесткие диполи, обладающие электрическим моментом, модуль которого
постоянен. Если внешнее электрическое поле не приложено, то из-за
теплового хаотического движения молекул в расположении жестких диполей
отсутствует упорядоченность. Поэтому, хотя каждый диполь создает свое
электрическое поле, суммарная напряженность поля всех хаотически
движущихся диполей диэлектрика равна нулю.
При внесении диэлектрика во внешнее поле происходит его поляризация.
Поляризацией диэлектрика называется переход его в такое состояние, когда
внутри его объема геометрическая сумма векторов дипольных моментов
молекул становится отличной от нуля. Механизм явления поляризации для
полярных и неполярных диэлектриков различен, но приводит к сходным
макроскопическим эффектам.
Если однородный неполярный диэлектрик внесен во внешнее электрическое
поле, то в его молекулах происходит смещение положительных и
отрицательных зарядов. На поверхностях, ограничивающих диэлектрик,
появляются поверхностные связанные заряды.
Определения, понятия и законы
147
Связанные заряды не проявляют себя внутри любого объема диэлектрика:
суммарный электрический заряд молекул в любом объеме равен нулю. Но на
поверхностях диэлектрика связанные заряды нескомпенсированы и создают
собственное электрическое поле диэлектрика. Вектор напряженности этого
поля противоположен напряженности внешнего поля, вызвавшего поляризацию.
Поэтому результирующее электрическое поле в однородном изотропном
диэлектрике имеет напряженность, в 6 раз меньшую, чем в вакууме.
Поляризация диэлектрика с неполярными молекулами, состоящая в
возникновении у молекул индуцированного электрического момента,
называется электронной или деформационной поляризацией. Поляризация этого
типа не зависит от температуры диэлектрика.
При внесении однородного полярного диэлектрика во внешнее электрическое
поле каждая молекула - жесткий диполь - будет испытывать ориентирующее
влияние поля и будет стремиться развернуться так, чтобы вектор ее
дипольного момента был направлен параллельно внешнему полю. Тепловое
движение молекул разрушает упорядоченную ориентацию молекул, вследствие
чего суммарный дипольный момент молекул диэлектрика в некотором диапазоне
изменения внешнего поля оказывается пропорциональным напряженности
внешнего поля. На граничных поверхностях поляризованного диэлектрика
возникают нескомпенсированные связанные заряды. Как и случае неполярного
диэлектрика, эти заряды создают собственное электрическое поле,
ослабляющее внешнее поле в в раз. Поляризацию описанного типа называется
ориентационной поляризацией. Ориентационная поляризация уменьшается с
повышением температуры.
Электроемкость. Когда на проводнике увеличивается заряд q, то прямо
пропорционально заряду возрастает потенциал проводника ф . Это
справедливо для проводников любой геометрической формы. Отношение заряда
проводника к его потенциалу не зависит от величины заряда, находящегося
на проводнике, и определяется свойствами самого проводника, а также
среды, в которой он находится. Характеристикой электрических свойств
проводника, опре-
148
Электростатика
деляющей возможность накопления зарядов на нем, является электроемкость
