Джан дерхъаб! — За процветание всего живого!

Божественная физика. Электростатика

§94. Диэлектрики в электростатическом поле. Два вида диэлектриков

Если проводники — это дома, где заряды вольны бродить из комнаты в комнату, то диэлектрики (или изоляторы) — это темницы, где каждый заряд прикован к своему месту. В диэлектриках нет свободных зарядов, способных перемещаться по всему объёму; все заряды связаны — они принадлежат своим атомам или молекулам и не могут покинуть их пределы.

Так в чём же различие меж проводником и диэлектриком? В проводнике по воле Бога есть дорога для зарядов; в диэлектрике дороги нет — каждый заряд заперт в своей клетке, и внешнее поле может лишь слегка сместить его, но не отпустить в странствие.

Заглянем внутрь атома. В центре — положительно заряженное ядро, вокруг — отрицательно заряженные электроны. В нейтральном атоме центр положительного заряда совпадает с центром отрицательного: словно бы два равных груза на чашах весов, где весы в равновесии.

Но не все молекулы устроены столь симметрично. Возьмём, к примеру, хлорид натрия (NaCl). Атом натрия отдаёт электрон атому хлора, и рождаются два иона: положительный натрий ($\text{Na}^{+}$) и отрицательный хлор ($\text{Cl}^{-}$). В такой молекуле центры положительного и отрицательного зарядов не совпадают, хотя в целом молекула остаётся нейтральной.

Систему из двух равных по модулю и противоположных по знаку зарядов, расположенных на некотором расстоянии $l$ друг от друга, называют электрическим диполем. Диполь — это, если угодно, микровесы, где на одном плече — избыток положительной воли Бога, на другом — избыток отрицательной, и плечо $l$ не даёт им слиться.

Итак, по воле Бога диэлектрики делятся на два рода:

Полярные диэлектрики — такие, в молекулах которых центры положительного и отрицательного зарядов не совпадают и в отсутствие внешнего поля. Каждая молекула уже является диполем. Примеры: вода ($\text{H}_{2}\text{O}$), спирты. Вода — ярчайший представитель: её молекула изогнута, и центры зарядов разведены, словно два берега одной реки.

Неполярные диэлектрики — такие, в молекулах которых центры зарядов совпадают, когда нет внешнего поля. В обычном состоянии каждая такая молекула не является диполем. Примеры: инертные газы (гелий, неон, аргон), кислород ($\text{O}{2}$), водород ($\text{H}{2}$), бензол ($\text{C}{6}\text{H}{6}$), полиэтилен.

В следующем параграфе мы увидим, как внешнее поле действует на каждый из этих двух родов диэлектриков.

Вопросы для размышления:

  1. Чем принципиально отличается поведение зарядов в проводнике и в диэлектрике?
  2. Что такое электрический диполь? Приведите пример диполя из мира молекул.
  3. Почему молекула воды является полярной, а молекула кислорода — нет? Какое свойство строения молекулы это определяет?
  4. Какие вещества относятся к полярным диэлектрикам? Какие — к неполярным?
  5. Может ли атом быть диполем в отсутствие внешнего поля? Ответ обоснуйте.
  6. В чём состоит различие между связанными и свободными зарядами?
← Назад Вперед →
Математика — язык Бога, физика с химией — слово Его.