46. ДИЭЛЕКТРИКИ В ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОМ ПОЛЕ. ДВА ВИДА ДИЭЛЕКТРИКОВ

Изолятор, или диэлектрик, состоит из нейтральных в целом атомов или молекул. Электрические заряды (точнее, электрически заряженные частицы: электроны и ядра) в нейтральном атоме связаны друг с другом и не могут, подобно свободным зарядам проводника, перемещаться под действием поля по всему объему вещества.

Различие в строении проводников и диэлектриков приводит к тому, что они по-разному ведут себя в электростатическом поле.

Рис. 115

Рис. 116

Рис. 117

Рис. 118

Рис. 119

Электростатическое поле может существовать внутри диэлектрика, и при этом диэлектрик оказывает на него определенное влияние.

С помощью простого опыта можно убедиться в том, что незаряженный диэлектрик может создавать электрическое поле. На рисунке 115 вы видите заряженный электрометр с металлическим диском на конце стержня. Если к диску такого электрометра поднести заряженный диэлектрик, например толстое стекло, то стрелка электрометра приблизится к стержню (рис. 116). Это может произойти только в том случае, если помещенный в электрическое поле заряженного диска диэлектрик сам создает электрическое поле. Это поле влияет на распределение заряда в стержне электрометра, уменьшая заряд стрелки и стержня и увеличивая соответственно заряд диска.

Электрические свойства нейтральных атомов и молекул. Чтобы понять, как незаряженный диэлектрик создает электрическое поле, надо сначала познакомиться с электрическими свойствами нейтральных атомов и молекул.

Атомы и молекулы состоят из положительно заряженных частиц — ядер — и отрицательно заряженных частиц — электронов. На рисунке 117 изображена схема простейшего атома — атома водорода. Положительный заряд атома, заряд его ядра, сосредоточен в центре атома. Электрон движется в атоме с боль скоростью. Один оборот вокруг ядра он делает за очень малое время, порядка с. Поэтому, например, уже за с он успевает совершить миллион оборотов и, следовательно, миллион раз побывать в двух любых точках и 2, расположенных симметрично относительно ядра. Это дает основание считать, что в среднем по времени центр распределения отрицательного заряда приходится на середину атома, т. е. совпадает с положительно заряженным ядром.

Однако так обстоит дело не всегда. Рассмотрим молекулу поваренной соли Агом натрия имеет во внешней оболочке один валентный электрон, слабо связанный с атомом. У хлора семь валентных электронов. При образовании молекулы единственный валентный электрон натрия захватывается хлором. Оба нейтральных атома превращаются в систему из двух ионов с зарядами противоположных знаков (рис. 118). Положительный и

отрицательный заряды не распределены теперь симметрично по объему молекулы: центр распределения положительного заряда приходится на ион натрия, а отрицательного — на ион хлора.

Электрический диполь. На большом расстоянии от молекулы ее можно приближенно рассматривать как совокупность двух точечных зарядов, равных по модулю и противоположных по знаку, находящихся на некотором расстоянии друг от друга (рис. 119). Такую нейтральную в целом систему зарядов называют электрическим диполем.

Два вида диэлектриков. Диэлектрики можно разбить на два вида:

полярные, состоящие из молекул, у которых центры распределения положительных и отрицательных зарядов не совпадают, и

неполярные, состоящие из атомов или молекул, у которых центры распределения положительных и отрицательных зарядов совпадают. К полярным диэлектрикам относятся спирты, вода и др.; к неполярным — инертные газы, кислород, водород, бензол, полиэтилен и др.