На рис. 1.34 в соответствии с выражениями (1.8), (1.87) показаны эквипотенциальные поверхности и силовые линии поля точечного заряда.

Эквипотенциальные поверхности в однородном электрическом поле конденсатора представляют собой систему равноотстоящих друг от друга плоскостей, перпендикулярных вектору(рис. 1.35).

Всоответствии с выражением (1.61) напряженность электрического поля, например, в точке 3 равна

(1.94)

На (рис. 1.36) приведены эквипотенциальные поверхности и линии напряженности электрического поля диполя. Потенциал, создаваемый диполем в точке, имеющей радиус-вектор может быть рассчитан по формуле:

(1.95)

Согласно (1.95) при потенциал=0 для всехr, т.е. все точки плоскости, перпендикулярной к оси диполя и проходящей через его середину, имеют нулевой потенциал. Это результат следует из симметрии поля диполя. Из (1.95), воспользовавшись соотношением, можно найти выражение для напряженности поля.

§ 2. Электрическое поле в веществе

В параграфе 1 рассмотрены основные характеристики и свойства электрического поля в вакууме. Теперь рассмотрим вопрос взаимодействия поля с молекулами вещества. Те вещества, в которых электрический заряд может свободно перемещаться по всему объему под действием сколь угодно слабого электрического поля, называются проводниками электричества. Вещества, в которых заряды только смещаются из положения равновесия и не могут перемещаться из одной части тела в другую, называются изоляторами или диэлектриками.Электропроводность их в 10¹⁵ 10²⁰раз меньше, чем у проводников.Вещества, электропроводность которых имеет промежуточные значения (таблица 2.1), получили название полупроводников.

Таблица 2.1

Удельная электропроводность при 20С,Ом^-1м^-1

Металлы	Полупроводники	Диэлектрики
 > 106	106 <  < 10-8	 < 10-8

Взаимодействие проводников и полупроводников с электрическим полем будет рассмотрено в частиIVкурса физики. В этом разделе рассмотрим взаимодействие электрического поля с молекулами диэлектрика.

2.1. Полярные и неполярные диэлектрики

В состав атомов и молекул диэлектрика входят ядра и электроны. Электроны движутся в пределах атома или молекулы, непрерывно меняя своё положение относительно ядер. Действие всех электронов молекулы на внешние заряды эквивалентно действию их суммарного заряда, помещенного в некоторую точку. Назовем эту точку центром отрицательных зарядов.Аналогичнодействие ядер эквивалентно действию их суммарного заряда, помещенного в некоторую точку, которую назовем центром положительных зарядов.

Молекулы, у которых центры положительных и отрицательных зарядов в отсутствии поля совмещены,собственным электрическим моментом не обладают иназываются неполярными (рис. 2.1). К диэлектрикам с неполярными молекулами относятся, например, метанСН₃, водородН₂, азотN₂, кислородО₂.

Еслив отсутствии внешнего электрического поля центры положительных и отрицательных зарядов не совпадают, то молекула эквивалентна электрическому диполю и называется полярной (рис. 2.2.).К диэлектрикам с полярными молекулами относятся, например,Н₂О,H Сl,NH₃,SiO₂.

Таким образом, в отсутствии внешнего электрического поля дипольные моменты молекул диэлектрика либо равны нулю (неполярные молекулы), либо распределены хаотически по всем направлениям (полярные молекулы).

Поместим диэлектрик во внешнее однородное поле, созданное сторонними зарядами. Обозначим напряженность этого поля .

Под действием внешнего электрического поля заряды в неполярной молекуле смещаются, и она приобретает электрический момент (рис. 2.3 а).

Опыт показывает, что возникший электрический момент пропорционален напряженности электрического поля, действующего внутри диэлектрика ():

, (2.1)

где, - величина, называемая поляризуемостью молекулы.

Таким образом, неполярная молекула ведет себя во внешнем поле как упругий диполь.

Полярную молекулу внешнее поле стремится повернуть так, чтобы установить ее электрический момент по направлению поля (рис. 2.3 б). Таким образом, полярная молекула ведет себя как жесткий диполь.

Из изложенного выше следует, чтомолекулы полярных и неполярных диэлектриков по электрическим свойствам эквивалентны диполям.Для понимания явления поляризации диэлектриков выясним как ведет себя диполь во внешнем электрическом поле.

Поместим диполь во внешнее однородное электрическое поле так, что его момент и вектор напряженностиобразуют угол(рис. 2.4).

На заряды диполя +q и-qдействуют равные по величине, но противоположные по направлению силыи, каждая из которых численно равна произведению заряда на напряженность поля. Эти силы образуют пару, плечо которой равно. Модуль момента пары сил равен произведению модуля силы на плечо:

. (2.2)

Формулу (2.2) можно записать в векторном виде с помощью векторного произведения векторов и:

. (2.3.)

Этот момент стремится повернуть диполь так, чтобы вектор установился по полю, т.е. стал параллельно вектору.