Для школьников.
Ранее говорилось, что в диэлектриках практически нет свободных зарядов, значит, и не может быть электрического тока. Однако, если диэлектрик нагреть до очень высокой температуры или создать условия для ионизации, то он приобретёт способность пропускать электрический ток, то есть становится проводником (пробой диэлектрика).
Как уже было сказано, при равновесии зарядов электрического поля внутри проводников нет. Диэлектрики же пропускают внутрь себя электрическое поле, но ослабляют его. Почему? На этот вопрос ответим, рассмотрев поведение диэлектрика во внешнем электрическом поле.
На рисунке изображены молекулы полярных диэлектриков (жёсткие диполи) в виде палочек, заштрихованные концы которых заряжены положительно.
Рисунок а) соответствует отсутствию внешнего электрического поля. Здесь дипольные моменты молекул диэлектрика ориентированы хаотично, и суммарный дипольный момент равен нулю.
При наличии электрического поля (рис. б) и рис.в) дипольные моменты молекул стремятся ориентироваться вдоль силовых линий электрического поля. Чем сильнее поле, тем больше эта ориентация.
Объясняется это тем, что линии напряжённости начинаются и заканчиваются как на свободных, так и на связанных зарядах. Поэтому электрическое поле удобно изображать и рассчитывать через вектор электрического смещения.
Вектора напряжённости и электрического смещения связаны между собой зависимостью:
Подробнее о векторе электрического смещения смотрите в статье "Связь между векторами смещения и напряжённости".
Помещаю ещё один рисунок, соответствующий рис. 22.
Из этого рисунка видно, что результирующее поле в диэлектрике представляет собой векторную сумму напряжённости внешнего электрического поля и поля, создаваемого связанными зарядами, направленного навстречу внешнему:
Поляризационные заряды называются связанными, так как они принадлежат молекулам диэлектрика - не могут перемещаться в отрыве от молекул и не могут быть удалены с поверхности диэлектрика.
Степень ослабления поля в диэлектриках характеризуются величиной
называемой его диэлектрической проницаемостью.
Диэлектрическая проницаемость диэлектрика показывает, во сколько раз поле в диэлектрике меньше внешнего электрического поля:
Таким образом, причиной ослабления электрического поля в диэлектрике является его поляризация. Поле, созданное поляризационными (связанными) зарядами направлено противоположно внешнему полю, поэтому ослабляет его.
Подумайте над решением следующих задач:
1. Металлический заряженный шар окружён толстым слоем диэлектрика. Нарисуйте картину силовых линий электрического поля внутри и вне диэлектрика.
2. В жидкий диэлектрик, с известной диэлектрической проницаемостью, погружен положительно заряженный шар известного радиуса и заряда. Определить величину и знак поляризационного заряда и плотность его распределения.
К.В. Рулёва, к. ф.-м. н., доцент. Подписывайтесь на канал. Ставьте лайки. Спасибо.
Предыдущая запись: Искровой разряд. Электрическая природа молнии.
Следующая запись: Задачи к занятию 51. Поляризация диэлектриков.
Ссылки на занятия до электростатики даны в Занятии 1.
Ссылки на занятия (начиная с электростатики) даны в Занятии 45.