Джан дерхъаб! — За процветание всего живого!

Божественная физика. Электростатика

§95. Поляризация диэлектриков

Когда диэлектрик попадает во внешнее электрическое поле, Бог приводит в движение не сами заряды (они не могут странствовать), но само устройство молекул. Это явление зовётся поляризацией.

Рассмотрим сначала полярный диэлектрик. Его молекулы — уже готовые диполи, но в обычном состоянии они повёрнуты хаотично: тепловое движение перемешивает их, словно ветер — листья в осеннем саду. Когда же является внешнее поле $E_{0}$, оно начинает поворачивать каждый диполь вдоль своих силовых линий, подобно тому как магнит поворачивает стрелку компаса.

Тепловое движение, однако, не отступает без боя. Чем сильнее нагрев, тем больше хаос мешает полной ориентации диполей. Лишь при очень сильных полях или низких температурах все диполи выстраиваются стройными рядами.

На поверхности полярного диэлектрика, обращённой к источнику поля, возникают связанные заряды: на одной стороне — избыток положительных, на другой — отрицательных. Эти заряды называются связанными, ибо они не покинули свои молекулы, а лишь обнажились на поверхности.

Теперь обратимся к неполярному диэлектрику. Здесь молекулы в отсутствие поля не являются диполями — центры положительного и отрицательного зарядов совпадают. Но внешнее поле $E_{0}$, по воле Бога, деформирует электронные облака: положительные ядра слегка смещаются по полю, а электронные оболочки — против поля. Центры зарядов расходятся, и каждая молекула становится диполем, словно бы поле вылепливает диполь из бесформенной глины.

В обоих случаях — и в полярном, и в неполярном диэлектрике — происходит одно и то же на макроскопическом уровне: связанные заряды смещаются в противоположные стороны, и внутри диэлектрика возникает собственное поле $E_{1}$, направленное навстречу внешнему. Результирующее поле внутри диэлектрика оказывается ослабленным:

\[E = E_{0} - E_{1}\]

Степень этого ослабления определяется свойствами самого диэлектрика — тем, насколько легко в нём происходит поляризация. Эту способность характеризует особая величина — диэлектрическая проницаемость среды $\varepsilon$.

Важно уяснить: независимо от того, полярный диэлектрик перед нами или неполярный, напряжённость электрического поля внутри него всегда меньше напряжённости внешнего поля. Бог, устанавливая Свои законы, положил, что диэлектрик ослабляет поле, но никогда не сводит его до нуля (как то происходит в проводнике). Ибо в диэлектрике нет свободных зарядов, способных создать полную компенсацию.

Вопросы для размышления:

  1. В чём различие механизмов поляризации полярного и неполярного диэлектриков?
  2. Почему тепловое движение препятствует полной ориентации диполей в полярном диэлектрике? Как температура влияет на степень поляризации?
  3. Какие заряды называются связанными? Чем они отличаются от свободных зарядов в проводнике?
  4. Запишите формулу для напряжённости поля внутри диэлектрика. Объясните каждый член формулы.
  5. Почему поле внутри диэлектрика ослабляется, но не обращается в ноль? Чем диэлектрик в этом смысле отличается от проводника?
  6. От чего зависит степень ослабления поля в диэлектрике? Как называется величина, характеризующая это свойство?
← Назад Вперед →
Математика — язык Бога, физика с химией — слово Его.