1. На какие два типа делят молекулы веществ по характеру пространственного распределения в них зарядов?
Молекулы делят на полярные и неполярные. Полярные молекулы имеют неравномерное распределение зарядов, создавая постоянный электрический диполь. Неполярные молекулы обладают симметричным распределением зарядов, поэтому у них отсутствует постоянный дипольный момент.
2. В чём проявляется действие внешнего электростатического поля на молекулы полярного диэлектрика?
Оно заставляет диполи полярных молекул ориентироваться вдоль силовых линий поля. При этом образуется индуцированный заряд на границах диэлектрика, что изменяет его электрические свойства.
3. Как действует внешнее электростатическое поле на молекулы неполярного ди-электрика?
В поле у таких молекул происходит смещение положительных и отрицательных зарядов относительно друг друга, в результате чего возникают наведённые диполи. Это приводит к слабому поляризационному эффекту.
4. Почему диэлектрик ослабляет электростатическое поле? Что показывает отно-сительная диэлектрическая проницаемость среды?
Диэлектрик ослабляет поле, потому что его молекулы ориентируются так, что создают собственное противоположное поле. Относительная диэлектрическая проницаемость показывает, во сколько раз электрическое поле в данной среде слабее, чем в вакууме.
5. Как используется поляризация частиц для очистки газа?
В электрофильтрах газ проходит через электрическое поле, в котором загрязняющие частицы поляризуются и притягиваются к заряжённым пластинам. Это позволяет эффективно очищать воздух от пыли и других примесей.
1. Земной шар обладает отрицательным зарядом порядка Q = -5,7 • 10^5 Кл. Оцените напряжённость электростатического поля, создаваемого этим зарядом вблизи поверхности Земли в воздухе и в водоёмах, принимая R = 6400 км. Относительная диэлектрическая проницаемость воды e = 80.
Электрическое поле на поверхности заряженной сферы рассчитывается по формуле: E = |Q| / (4 * π * ε₀ * R²), где: Q = -5,7 * 10⁵ Кл, R = 6400 км = 6,4 * 10⁶ м, ε₀ = 8,85 * 10⁻¹² Ф/м.
Подставляя значения: E = (5,7 * 10⁵) / (4 * 3,14 * 8,85 * 10⁻¹² * (6,4 * 10⁶)²).
Рассчитав, получаем: E ≈ 134 В/м в воздухе.
В воде напряжённость уменьшается в e = 80 раз: E_вода = E / e = 134 / 80 ≈ 1,68 В/м.
2. Разность потенциалов между двумя заряженными плоскопараллельными пластинами в воздухе 200 В. После их погружения в жидкий аммиак разность потенциалов оказалась равной 8 В. Чему равна относительная диэлектрическая проницаемость аммиака?
Разность потенциалов между пластинами связана с проницаемостью ε соотношением: U_жидкость = U_воздух / e.
Подставляя данные: 8 = 200 / e, e = 200 / 8 = 25.
Ответ: ε_аммиака = 25.
3. Свинцовый шарик плотностью p1 = 11,3*10^3 кг/м3 помещён в глицерин плотностью р2 = 1,26 • 10^3 кг/м3. Найдите заряд шарика, если в однородном электроста-тическом поле с напряжённостью Е = 400 кВ/м, направленной вверх, шарик ока-зался взвешенным в глицерине. Диаметр шарика D = 0,5 см.
На шарик в жидкости действуют силы тяжести, архимедова сила и сила электрического поля: F_тяж = m * g, F_арх = ρ₂ * V * g, F_эл = q * E.
Так как шарик взвешен, F_эл = F_тяж - F_арх.
Масса шарика: m = ρ₁ * V, где V = (4/3) * π * (D/2)³ = (4/3) * 3,14 * (0,0025)³ = 6,54 * 10⁻⁹ м³.
Сила тяжести: F_тяж = ρ₁ * V * g = 11,3 * 10³ * 6,54 * 10⁻⁹ * 9,8 ≈ 7,2 * 10⁻³ Н.
Сила Архимеда: F_арх = ρ₂ * V * g = 1,26 * 10³ * 6,54 * 10⁻⁹ * 9,8 ≈ 8 * 10⁻⁴ Н.
Электрическая сила: q * E = F_тяж - F_арх.
q = (7,2 * 10⁻³ - 8 * 10⁻⁴) / (4 * 10⁵) ≈ 1,6 * 10⁻⁸ Кл.
4. Две плоскопараллельные пластины, имеющие заряды Q = +1 мкКл, погружены в керосин с относительной диэлектрической проницаемостью e = 2. Определите силу взаимодействия пластин. Площадь каждой пластины S = 25 см2.
Электростатическая сила: F = (Q²) / (2 * ε * ε₀ * S).
Q = 1 мкКл = 1 * 10⁻⁶ Кл, S = 25 см² = 25 * 10⁻⁴ м², ε = 2, ε₀ = 8,85 * 10⁻¹² Ф/м.
F = (1 * 10⁻⁶)² / (2 * 2 * 8,85 * 10⁻¹² * 25 * 10⁻⁴).
Вычисляя: F ≈ 0,0113 Н.
5. Два одинаково заряженных шарика, подвешенных на нитях одинаковой длины, опускаются в керосин, плотность которого р = 0,8 г/см3, а относительная диэлектрическая проницаемость e = 2. Найдите плотность материала шариков, если угол расхождения нитей в воздухе и в керосине один и тот же.
Шарики в керосине и в воздухе имеют одинаковый угол расхождения, значит, силы тяжести и электростатического взаимодействия изменились одинаково.
Рассматриваем равновесие сил: В воздухе: mg = F_эл.
В жидкости: (m - m_арх) * g = F_эл / e.
Так как углы одинаковы, m - ρ_кер * V = m / e.
Заменяем массу m = ρ_шар * V: ρ_шар * V - ρ_кер * V = ρ_шар * V / e.
Выражаем ρ_шар: ρ_шар = ρ_кер * e / (1 - 1/e).
Подставляем: ρ_шар = 0,8 * 10³ * 2 / (1 - 1/2) = 1,6 * 10³ / 0,5 = 3,2 * 10³ кг/м³.
Ответ: плотность материала шариков 3200 кг/м³.