Глава 14. § 98. Проводники и диэлектрики в электростатическом поле — с. 326
§ 98. Вопрос 1. Чем отличаются диэлектрики от проводников?
В проводниках есть свободные заряженные частицы, которые могут перемещаться по всему телу (в металлах это электроны, в растворах и расплавах — ионы). В диэлектриках свободных зарядов практически нет: заряды входят в состав атомов и молекул и могут лишь немного смещаться из положений равновесия. Поэтому в проводнике в электростатическом поле заряды перераспределяются, пока поле внутри не станет равным нулю, а в диэлектрике поле внутри лишь ослабляется.
§ 98. Вопрос 2. Какие диэлектрики называют полярными, а какие — неполярными?
У молекул полярных диэлектриков (например, воды) центры положительного и отрицательного зарядов не совпадают, поэтому каждая молекула является маленьким электрическим диполем даже без внешнего поля. У молекул неполярных диэлектриков (например, водорода, азота, парафина) в отсутствие поля центры зарядов совпадают, и дипольного момента нет; он появляется только под действием внешнего поля.
§ 98. Вопрос 3. Что называют поляризацией диэлектрика?
Поляризацией диэлектрика называют процесс смещения связанных зарядов (у неполярных молекул) или ориентации молекулярных диполей (у полярных) под действием внешнего электрического поля. В результате на поверхности диэлектрика, обращённой к положительной пластине, появляется отрицательный связанный заряд, а на противоположной — положительный. Диэлектрик в целом остаётся электрически нейтральным.
§ 98. Вопрос 4. Как диэлектрик влияет на электрическое поле?
Связанные заряды поляризованного диэлектрика создают собственное поле E₁, направленное против внешнего поля E₀. Поэтому поле внутри диэлектрика ослабляется: E = E₀ − E₁. Степень ослабления характеризует диэлектрическая проницаемость вещества ε = E₀/E, она показывает, во сколько раз поле в диэлектрике меньше, чем в вакууме (ε > 1).
§ 98. Образец заданий ЕГЭ, задание 1. На рисунке изображено сечение уединённого проводящего полого шара. Шару сообщили отрицательный заряд. В каких областях пространства напряжённость электростатического поля, создаваемого шаром, отлична от нуля?
[рисунок: кольцо (стенка шара, заштрихована) и два круга вокруг неё: I — внутренняя полость, II — стенка шара, III — область вне шара]
1) только в I
2) только во II
3) только в III
4) в I и II
[рисунок: кольцо (стенка шара, заштрихована) и два круга вокруг неё: I — внутренняя полость, II — стенка шара, III — область вне шара]
1) только в I
2) только во II
3) только в III
4) в I и II
Весь сообщённый заряд проводника располагается на его внешней поверхности. Внутри металла (область II) напряжённость поля равна нулю, иначе свободные заряды двигались бы. В полости (область I) заряженного проводящего шара поле также равно нулю: в ней нет зарядов, а потенциал во всех точках одинаков. Поле отлично от нуля только вне шара — в области III, где оно такое же, как у точечного заряда в центре.
Ответ: 3) только в III.
Ответ: 3) только в III.
§ 98. Образец заданий ЕГЭ, задание 2. На неподвижном проводящем уединённом кубике (см. рис.) находится заряд Q. Точка О — центр кубика, точки В и С — центры его граней, АВ = ОВ, СD = ОС, ОМ = ОВ/2. Модуль напряжённости электростатического поля заряда Q в точке А равен EA. Чему равен модуль напряжённости электростатического поля заряда Q в точке D и точке М?
Установите соответствие между физическими величинами и их значениями. К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию второго и выпишите в тетрадь выбранные цифры с соответствующими буквами.
[рисунок: куб с центром O; точки B и C — центры двух граней; точка A лежит на продолжении OB за гранью, точка D — на продолжении OC за гранью, точка M внутри куба на отрезке OB]
Физическая величина:
А) Модуль напряжённости электростатического поля в точке D
Б) Модуль напряжённости электростатического поля в точке М
Её значение:
1) 0
2) EA
3) 4EA
4) 16EA
[рисунок: куб с центром O; точки B и C — центры двух граней; точка A лежит на продолжении OB за гранью, точка D — на продолжении OC за гранью, точка M внутри куба на отрезке OB]
Физическая величина:
А) Модуль напряжённости электростатического поля в точке D
Б) Модуль напряжённости электростатического поля в точке М
Её значение:
1) 0
2) EA
3) 4EA
4) 16EA
А) Точки B и C — центры граней куба, поэтому OB = OC (половина ребра). Точки A и D лежат на продолжениях отрезков OB и OC, причём AB = OB и CD = OC, то есть OA = 2·OB и OD = 2·OC = OA. Куб имеет одинаковые грани, и заряд на нём распределён симметрично относительно этих осей, поэтому на равных расстояниях от центра на таких осях поле одинаково: ED = EA. Это значение 2).
Б) Точка M лежит на отрезке OB, то есть внутри проводника (OM = OB/2 меньше половины ребра). Внутри проводника в электростатическом поле напряжённость равна нулю: EM = 0. Это значение 1).
Ответ: А2 Б1.
Б) Точка M лежит на отрезке OB, то есть внутри проводника (OM = OB/2 меньше половины ребра). Внутри проводника в электростатическом поле напряжённость равна нулю: EM = 0. Это значение 1).
Ответ: А2 Б1.