Номер 1, страница 58 - гдз по физике 8 класс учебник Исаченкова, Громыко

1. В чем отличие проводников от диэлектриков?

В чем отличие проводников от диэлектриков?

Ключевое различие между проводниками и диэлектриками заключается в их способности проводить электрический ток, что, в свою очередь, определяется наличием и поведением носителей заряда в этих веществах.

Проводники — это материалы, в которых присутствует большое количество свободных носителей заряда. В металлах, являющихся типичными проводниками, такими носителями являются электроны, которые слабо связаны с атомными ядрами и могут свободно перемещаться по всему объему кристаллической решетки, образуя так называемый "электронный газ". В других проводниках, например, в электролитах (растворах солей, кислот, щелочей), носителями заряда являются положительные и отрицательные ионы.

При помещении проводника во внешнее электрическое поле $\vec{E}_{внешн}$ свободные заряды приходят в упорядоченное движение: положительные движутся по направлению поля, отрицательные — против. Этот процесс, называемый электростатической индукцией, приводит к перераспределению зарядов. Они скапливаются на поверхности проводника, создавая собственное внутреннее электрическое поле $\vec{E}_{внутр}$, которое направлено против внешнего. Перераспределение продолжается до тех пор, пока внутреннее поле полностью не скомпенсирует внешнее. В результате напряженность результирующего электрического поля внутри проводника становится равной нулю: $\vec{E} = \vec{E}_{внешн} + \vec{E}_{внутр} = 0$.

Диэлектрики (изоляторы) — это материалы, в которых свободные носители заряда практически отсутствуют. Все электроны в диэлектриках прочно связаны со своими атомами или молекулами и не могут перемещаться по всему объему вещества.

Когда диэлектрик помещается во внешнее электрическое поле, упорядоченного движения зарядов через весь материал не происходит. Вместо этого наблюдается явление поляризации. Связанные заряды внутри атомов и молекул смещаются на малые расстояния: положительные ядра смещаются по полю, а электронные оболочки — против поля. В результате каждая молекула или атом превращается в микроскопический электрический диполь. Эти диполи создают внутреннее электрическое поле $\vec{E}_{внутр}$, направленное против внешнего поля $\vec{E}_{внешн}$. Однако это поле лишь ослабляет внешнее поле, но не компенсирует его полностью. Результирующее поле внутри диэлектрика отлично от нуля и меньше внешнего поля в $\epsilon$ раз, где $\epsilon$ — диэлектрическая проницаемость вещества: $E = \frac{E_{внешн}}{\epsilon}$. Для диэлектриков $\epsilon > 1$.

С точки зрения зонной теории твердых тел, у проводников валентная зона и зона проводимости перекрываются, либо зона проводимости заполнена частично, что позволяет электронам легко становиться свободными. У диэлектриков же между полностью заполненной валентной зоной и пустой зоной проводимости существует широкая запрещенная зона, для преодоления которой электрону требуется очень большая энергия, отсутствующая в обычных условиях.

Ответ: Проводники отличаются от диэлектриков наличием большого количества свободных носителей заряда (например, электронов в металлах), которые могут перемещаться по всему объему вещества под действием электрического поля, создавая электрический ток. В диэлектриках свободные носители заряда практически отсутствуют, так как они прочно связаны с атомами или молекулами, и их перемещение по объему материала невозможно. В результате проводники хорошо проводят электрический ток и полностью экранируют внешнее электрическое поле, в то время как диэлектрики ток практически не проводят и лишь ослабляют внешнее электрическое поле за счет поляризации.