Справочное руководство по физике для поступающих в вузы и для самообразования - Яворский Б.М.
Скачать (прямая ссылка):
6°. Во всех точках поверхности заряженного проводника напряженность электростатического поля перпендикулярна к поверхности. Если бы этого не было и существовала бы некоторая касательная составляющая напряженности Ег, направленная вдоль поверхности AB заряженного проводника, то она вызвала бы перемещение электрических зарядов вдоль поверхности (рис. III.1.10). Но это противоречит необходимому равновесному распределению зарядов на поверхности заряженного проводника. Следовательно, Ет=0 и E= En=T=O, где En — нормальная (перпендикулярная к поверхности) составляющая напряженности электростатического поля.
7°. Во всех точках внутри заряженного проводника его потенциал ф одинаков (III.1.8.Г). Поверхность заряженного проводника является эквипотенциальной поверхностью (111.1.9.2°).
192
ОТДЕЛ III. ГЛ. 1. ЭЛЕКТРОСТАТИКА
1.6. Диэлектрики в электростатическом поле
Г. Диэлектриками называются вещества, которые не проводят электрический ток (III.2.1.Г). В диэлектриках практически отсутствуют свободные электроны (III. 1.5.Г) и упорядоченное движение электрических зарядов в обыч-рых условиях невозможно. Диэлектрик становится проводящим в тех случаях, когда к нему приложено весьма высокое пробивное напряжение (111.2.3.4°). Это явление называется пробоем диэлектрика *).
К диэлектрикам относятся некоторые твердые вещества (стекло, фарфор и др.), жидкости (химически чистая вода, CH3Cl и др.) и газы (H2, N2, ССЦ, NH4 и др.).
Диэлектрик называется однородным и изотропным, если все его свойства одинаковы в любой точке объема диэлектрика и по всем направлениям внутри диэлектрика, Валентные электроны в атомах диэлектриков прочно связаны со своими ядрами и в обычных условиях не могут отщепляться от них.
2°. Молекулы диэликтрика электрически нейтральны — суммарные положительные заряды их ядер и отрицательные заряды всех электронов равны друг другу. Из этого, однако, не следует, что молекулы диэлектрика не обладают электрическими свойствами. Молекулы диэлектрика создают электрическое поле, эквивалентное полю электрического диполя с электрическим моментом ре, равным q\ (дипольний момент молекулы) (111.1.4.6°), где q — положительный (или равный ему отрицательный) заряд молекулы, / — расстояние между центрами масс (1.2,3.4°) положительных и отрицательных зарядов.
3°. В зависимости от строения молекул различаются полярные и неполярные диэлектрики. Если в отсутствие внешнего электрического поля центры масс (1.2.3.4°) положительных и отрицательных зарядов в молекуле диэлектрика совпадают, то он называется неполярным. В отсутствие внешнего электрического поля дипольный момент молекулы неполярного диэлектрика равен нулю. Например, в атоме водорода электрон движется по орбите с такой большой скоростью, что в среднем его положение совпадает с ядром — протоном. Поэтому 1=0 (п. 2°) и ре=0 (рис. 111.1.11, а). Если же атом водорода поместить во
*) Проводимость диэлектрика может быть вызвана а нагреванием его до высокой температуры.
1.6. ДИЭЛЕКТРИКИ В ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОМ ПОЛЕ
193
Ш*0
Рис. III. 1.11
внешнее электрическое поле, то оно будет действовать на ядро и электрон с силами, модуль которых F=eE. Направления векторов F сил, действующих на ядро и электрон, будут противоположны. В результате произойдет деформация электронной орбиты, и центры масс электрона и ядра совпадать не будут (1#0) (рис. III. 1.11,6). Возникнет наведенный (индуцированный) дипольний электрический момент, модуль которого pe=el, где е — абсолютное значение заряда электрона. Подобно атому водорода ведут себя во внешнем электрическом поле молекулы всех неполярных диэлектриков. При внесении таких диэлектриков во внешнее электрическое поле в молекулах (атомах) происходит деформация и возникает индуцированный дипольный электрический момент молекул. Молекулы неполярных диэлектриков в электрическом поле по своим электрическим свойствам подобны индуцированным, квазиупругим диполям.
4°. В молекулах полярных диэлектриков йдра и электроны расположены таким образом, что центры масс положительных и отрицательных зарядов не совпадают. Такие молекулы, независимо от внешних электрических полей, ведут себя как жесткие диполи, обладающие электрическим моментом, модуль к(у торого рв постоянен (/=const). Например, в молекуле H8O, схематически изображенной на рис. III.1.12, центры масс положительных зарядов ядер трех атомов и всех их электронов раздвинуты. Молекула воды по своим электрическим свойствам подобна весьма вытянутому жесткому диполю.
Если полярный диэлектрик не помещен во внешнее электрическое поле, то тепловое хаотическое движение молекул я их непрерывные соударения друг с другом приводят к тому, что в расположении жестких диполей отсутствует
Рис. IH.1.12
194
ОТДЕЛ III. ГЛ. 1. ЭЛЕКТРОСТАТИКА
какая-либо упорядоченность. Всегда найдутся диполи, электрические поля которых будут иметь напряженности, направленные в противоположные стороны. Поэтому, хотя каждый диполь и создает свое поле (III.1.4.6°), суммарная напряженность поля всех диполей диэлектрика будет по принципу наложения полей (111.1.3.7°) равна нулю.
