1. В чём состоит отличие пол яризационных зарядов от индуцированных?
Поляризационные заряды возникают в результате смещения электрических зарядов внутри диэлектрика под действием внешнего электрического поля. Индуцированные заряды появляются на поверхности проводника при его помещении во внешнее поле и перераспределяются так, чтобы компенсировать воздействие этого поля внутри проводника.
2. Как происходит поляризация полярных диэлектриков?
Поляризация полярных диэлектриков происходит за счёт ориентации уже имеющихся в них дипольных молекул вдоль внешнего электрического поля. В отсутствие поля эти молекулы располагаются хаотично, а при его наличии поворачиваются так, чтобы их положительные и отрицательные заряды создавали встречное поле.
3. Каков механизм поляризации неполярных диэлектриков?
Поляризация неполярных диэлектриков связана с деформацией электронных оболочек атомов и молекул. Внешнее электрическое поле смещает положительные и отрицательные заряды в противоположные стороны, создавая индуцированные диполи, которые также формируют встречное поле.
4. Существует ли поле внутри диэлектрика, находящегося во внешнем электростатическом поле? Компенсирует ли оно внешнее поле?
Внутри диэлектрика действительно возникает собственное электрическое поле, вызванное смещением зарядов (поляризацией). Однако оно не полностью компенсирует внешнее поле, а лишь ослабляет его. В результате внутри диэлектрика остаётся ослабленное электрическое поле.
5. По какой формуле определяется диэлектрическая проницаемость вещества?
Диэлектрическая проницаемость вещества (ε) определяется по формуле:
ε = E₀ / E,
где E₀ — напряжённость внешнего электрического поля, а E — напряжённость поля внутри диэлектрика. Этот коэффициент показывает, во сколько раз электрическое поле ослабляется внутри вещества по сравнению с вакуумом.
1. Запишите формулу для расчёта напряжённости поля точечного заряда, находящегося в диэлектрике.
Формула для расчёта напряжённости электрического поля точечного заряда в диэлектрике:
E = (k * q) / (ε * r²)
где E — напряжённость, k — коэффициент пропорциональности (в вакууме k = 9 * 10⁹ Н·м²/Кл²), q — величина заряда, ε — диэлектрическая проницаемость среды, r — расстояние до заряда.
2. Во сколько раз надо изменить расстояние между двумя зарядами, чтобы сила взаимодействия между ними при погружении в керосин была такая же, как в вакууме? Диэлектрическая проницаемость керосина 2,1.
Закон Кулона в диэлектрике:
F = (k * q₁ * q₂) / (ε * r²)
Требуется, чтобы сила оставалась такой же при погружении в керосин, то есть:
(k * q₁ * q₂) / (r₀²) = (k * q₁ * q₂) / (ε * r²)
Упрощаем:
r² = ε * r₀²
Подставляем ε = 2,1:
r = r₀ * √2,1 ≈ 1,45 * r₀
То есть, расстояние нужно увеличить примерно в 1,45 раза.
3. Два одинаковых точечных заряда, находящихся в масле на расстоянии 6 см друг от друга, взаимодействуют с силой 4 • 10^4 Н. Чему равны эти заряды, если диэлектрическая проницаемость масла 2,5?
Используем закон Кулона:
F = (k * q²) / (ε * r²)
Подставляем значения:
4 * 10⁴ = (9 * 10⁹ * q²) / (2,5 * (0,06)²)
q² = (4 * 10⁴ * 2,5 * 0,0036) / (9 * 10⁹)
q² = 4 * 10⁻⁵
q = 2 * 10⁻³ Кл = 2 мКл
Ответ: 2 мКл.
4. Заряд 8,4 нКл находится в жидком диэлектрике. Напряжённость поля этого заряда на расстоянии 3 см равна 40 кН/Кл. Чему равна диэлектрическая проницаемость диэлектрика?
Формула для напряжённости:
Выразим ε:
ε = (k * q) / (E * r²)
ε = (9 * 10⁹ * 8,4 * 10⁻⁹) / (40 * 10³ * (0,03)²)
ε = (7,56 * 10¹ * 10⁹) / (40 * 10³ * 9 * 10⁻⁴)
ε = (7,56 * 10¹) / (3,6 * 10¹)
ε = 2,1
Ответ: 2,1.