> **Экзамео** — система подготовки к экзаменам: теория, тренажёры и маршруты подготовки по школьным предметам. > > Этот Markdown создан для AI-агентов, поисковых систем и корректного цитирования. Каноническая версия материала находится на сайте Экзамео: [https://exameo.ru/subjects/physics/courses/ege_physics/topics/dielektriki_v_elektrostaticheskom_pole](https://exameo.ru/subjects/physics/courses/ege_physics/topics/dielektriki_v_elektrostaticheskom_pole). > > При цитировании указывайте источник: Экзамео. # Диэлектрики в электростатическом поле \- теория для ЕГЭ В этом разделе подробно разбирается одна из важнейших тем электродинамики для **ЕГЭ по физике — «Диэлектрики в электростатическом поле»**\. На экзамене задачи на диэлектрики постоянно встречаются как в первой части \(направление векторов напряжённости, изменение параметров конденсаторов\), так и в качественных \(Задание 21\) и расчётных \(Задания 25–26\) задачах с развёрнутым ответом\. Понимание процессов, происходящих внутри диэлектрика при внесении его во внешнее электрическое поле, является ключевым навыком для получения высоких баллов\. Здесь собрана вся теоретическая база, необходимая для экзамена: физическая природа диэлектриков, где они используются в технике, два вида поляризации \(электронная и ориентационная\), формирование связанных зарядов, ослабление внешнего электрического поля и изменение электроёмкости плоского конденсатора\. Отработать тему диэлектрики в электростатическом поле можно после теории в интерактивных тренажёрах с подробными решениями\. ## Что такое диэлектрики и где они применяются > Фрагмент учебного материала Экзамео. Канонический источник: [https://exameo.ru/subjects/physics/courses/ege_physics/topics/dielektriki_v_elektrostaticheskom_pole](https://exameo.ru/subjects/physics/courses/ege_physics/topics/dielektriki_v_elektrostaticheskom_pole). В зависимости от способности проводить электрический ток все вещества в природе делятся на проводники, полупроводники и диэлектрики\. #### Определение диэлектрика 🎯 **Диэлектрики \(изоляторы\)** — это вещества, практически не содержащие свободных электрических зарядов \(электронов или ионов\), способных перемещаться под действием электрического поля по всему объёму тела\. Все заряды в диэлектриках являются **связанными**, то есть входят в состав нейтральных атомов или молекул\. **Примеры диэлектриков:** стекло, фарфор, слюда, парафин, сухая древесина, резина, пластмассы, дистиллированная вода, керосин, а также газы \(включая сухой воздух\)\. **Практическое применение:** 1\. **Электроизоляция:** защита человека от поражения током \(изоляция проводов, ручки инструментов, высоковольтные фарфоровые изоляторы ЛЭП\)\. 2\. **Конденсаторы:** заполнение пространства между обкладками диэлектриком \(слюда, керамика, бумага\) позволяет существенно увеличить электроёмкость прибора и предотвратить электрический пробой\. 3\. **Радиотехника и оптика:** изготовление высокочастотных плат, подложек микросхем и оптических покрытий\. ## Что происходит с диэлектриком при внесении в внешнее поле В отличие от проводников, в которых под действием внешнего поля $\vec{E}_0$ происходит *электростатическая индукция* \(свободные электроны стекают к поверхности\), в диэлектриках свободных зарядов нет\. Однако нейтральные атомы и молекулы под действием электрического поля смещаются или поворачиваются\. Этот процесс называется **поляризацией**\. #### Поляризация диэлектрика ⚡ **Поляризация** — это процесс смещения противоположных по знаку связанных зарядов внутри диэлектрика в противоположные стороны под действием внешнего электрического поля\. В результате этого диэлектрик приобретает суммарный дипольный момент, а на его гранях возникают **связанные поверхностные заряды**\. ### Виды поляризации диэлектриков > Фрагмент учебного материала Экзамео. Канонический источник: [https://exameo.ru/subjects/physics/courses/ege_physics/topics/dielektriki_v_elektrostaticheskom_pole](https://exameo.ru/subjects/physics/courses/ege_physics/topics/dielektriki_v_elektrostaticheskom_pole). По строению молекул диэлектрики делятся на три основных типа, каждый из которых поляризуется по\-своему: ##### 1\. Неполярные диэлектрики \(Электронная поляризация\) ⚛️ • **Молекулы:** центры тяжести положительных \(ядра\) и отрицательных \(электронные облака\) зарядов в отсутствие поля совпадают \($\text{H}_2, \text{O}_2, \text{N}_2$, парафин\)\. • **В поле **$\vec{E}_0$**:** электронные облака деформируются и смещаются против поля\. Атомы превращаются в электрические диполи\. ##### 2\. Полярные диэлектрики \(Ориентационная поляризация\) 🧲 • **Молекулы:** являются готовыми жесткими диполями даже без поля из\-за асимметрии \($\text{H}_2\text{O}, \text{NH}_3, \text{HCl}$\)\. Без поля они ориентированы хаотично из\-за теплового движения\. • **В поле **$\vec{E}_0$**:** диполи поворачиваются по направлению силовых линий поля\. *\(Также выделяют ионную поляризацию — для кристаллов с ионной решёткой, таких как *$\text{NaCl}$*, где подподержки смещаются ионные подрешётки\)\.* ## Как меняется поле с появлением диэлектрика В результате поляризации на поверхности диэлектрика появятся **связанные поверхностные заряды**: на грани, обращенной к положительной пластине внешнего поля, возникает отрицательный связанный заряд, а на противоположной — положительный\. #### Возникновение внутреннего поля $\vec{E}'$ 🎯 Связанные поверхностные заряды создают внутри диэлектрика своё собственное **внутреннее электрическое поле **$\vec{E}'$, которое направлено **навстречу внешнему полю **$\vec{E}_0$\. $$ \vec{E} = \vec{E}_0 + \vec{E}' \implies E = E_0 - E' $$ Так как собственное поле $\vec{E}'$ направлено против внешнего $\vec{E}_0$, итоговая напряжённость поля $E$ внутри диэлектрика оказывается **меньше внешнего поля **$E_0$\! ### Диэлектрическая проницаемость вещества \($\varepsilon$\) Физическая величина, показывающая, во сколько раз напряжённость электростатического поля внутри однородного диэлектрика меньше по модулю напряжённости поля в вакууме, называется **диэлектрической проницаемостью среды \(**$\varepsilon$**\)**\. $$ \varepsilon = \dfrac{E_0}{E} \implies E = \dfrac{E_0}{\varepsilon} $$ • Для вакуума $\varepsilon = 1$; • Для сухого воздуха $\varepsilon \approx 1{,}0006 \approx 1$; • Для керосина $\varepsilon = 2$; • Для стекла $\varepsilon = 5 \div 10$; • Для чистой воды $\varepsilon = 81$ \(вода ослабляет поле в 81 раз\)\. ## Разница между диэлектриками и проводниками в поле > Фрагмент учебного материала Экзамео. Канонический источник: [https://exameo.ru/subjects/physics/courses/ege_physics/topics/dielektriki_v_elektrostaticheskom_pole](https://exameo.ru/subjects/physics/courses/ege_physics/topics/dielektriki_v_elektrostaticheskom_pole). Для успешного решения задач Задания 21 ЕГЭ по физике важно чётко разграничивать поведение проводника и диэлектрика в электрическом поле: ##### Характеристика ##### Проводник в поле $\vec{E}_0$ ##### Диэлектрик в поле $\vec{E}_0$ **Процесс** Электростатическая индукция \(перемещение свободных e⁻\)\. Поляризация \(смещение/поворот связанных диполей\)\. **Поле внутри \(**$E$**\)** **Полностью равно нулю:** $E = 0$ \($E' = E_0$\)\. **Ослабляется в **$\varepsilon$** раз:** $E = \dfrac{E_0}{\varepsilon} > 0$\. **Заряды на гранях** Свободные \(индуцированные\) заряды\. Связанные \(поляризационные\) заряды\. **При разделении на части** Каждая половина остается с избыточным зарядом \($+q$ и $-q$\)\. При убирании поля каждая часть снова становится нейтральной\. ## Диэлектрик в плоском конденсаторе \(Задачи ЕГЭ\) Главный тип расчётных и графических задач на диэлектрики в ЕГЭ — внесение пластины диэлектрика в плоский конденсатор\. Формула электроёмкости плоского конденсатора с диэлектриком: $$ C = \dfrac{\varepsilon \varepsilon_0 S}{d} $$ где $\varepsilon_0 \approx 8{,}85 \cdot 10^{-12}\text{ Ф/м}$ — электрическая постоянная, $S$ — площадь пластины, $d$ — расстояние между пластинами\. #### Лайфхак для задач ЕГЭ на конденсаторы\! 💡 При внесении диэлектрика всегда проверяйте подключение к источнику напряжения: 1\. **Конденсатор ПОДКЛЮЧЁН к источнику напряжения:** Напряжение не меняется \($U = \text{const}$\)\. Емкость увеличивается в $\varepsilon$ раз \($C = \varepsilon C_0$\), поэтому заряд на пластинах и энергия конденсатора возрастают в $\varepsilon$ раз \($q = CU = \varepsilon q_0$, $W = \dfrac{CU^2}{2} = \varepsilon W_0$\)\. 2\. **Конденсатор ОТКЛЮЧЁН от источника:** Заряд не может измениться \($q = \text{const}$\)\. Емкость увеличивается в $\varepsilon$ раз \($C = \varepsilon C_0$\), следовательно, напряжение и напряженность поля уменьшаются в $\varepsilon$ раз \($U = \dfrac{U_0}{\varepsilon}$, $E = \dfrac{E_0}{\varepsilon}$\), а энергия падает \($W = \dfrac{q^2}{2C} = \dfrac{W_0}{\varepsilon}$\)\. ### Решения задач из ЕГЭ по физике на диэлектрики Рассмотрите решения характерных прототипов задач из банка ФИПИ\. **Задание:** Плоский воздушный конденсатор зарядили до заряда $q_0$ и отключили от источника напряжения\. За тем пространство между его обкладками полностью заполнили диэлектриком с диэлектрической проницаемостью $\varepsilon = 4$\. Как при этом изменятся: а\) электроёмкость конденсатора; б\) напряжение между обкладками; в\) энергия электрического поля конденсатора? **Подробное решение:** 1\) **Электроёмкость:** По формуле $C = \dfrac{\varepsilon \varepsilon_0 S}{d}$\. Так как в вакууме $\varepsilon = 1$, а после заполнения $\varepsilon = 4$, электроёмкость **увеличится в 4 раза** \($C = 4 C_0$\)\. 2\) **Напряжение:** Поскольку конденсатор отключён, его заряд постоянный $q = q_0 = \text{const}$\. Из формулы $U = \dfrac{q}{C} = \dfrac{q_0}{4C_0} = \dfrac{U_0}{4}$ следует, что напряжение **уменьшится в 4 раза**\. 3\) **Энергия:** Используем формулу $W = \dfrac{q^2}{2C} = \dfrac{q_0^2}{2 \cdot (4C_0)} = \dfrac{W_0}{4}$\. Энергия поля **уменьшится в 4 раза** \(часть энергии уйдет на втягивание диэлектрика в поле\)\. **Ответ:** а\) увеличится в 4 раза; б\) уменьшится в 4 раза; в\) уменьшится в 4 раза\. **Задание:** Напряжённость однородного электрического поля в вакууме равна $E_0 = 900\text{ В/м}$\. В это поле помещают широкую пластину из фарфора \($\varepsilon = 6$\), перпендикулярную силовым линиям поля\. Найдите модуль напряжённости поля внутри фарфора и модуль напряжённости внутреннего поля связанных зарядов\. **Подробное решение:** 1\) Напряженность результирующего поля внутри диэлектрика уменьшается в $\varepsilon$ раз: $$ E = \dfrac{E_0}{\varepsilon} = \dfrac{900}{6} = 150\text{ В/м} $$ 2\) По принципу суперпозиции результирующее поле внутри диэлектрика равно векторной сумме внешнего поля $\vec{E}_0$ и поля связанных зарядов $\vec{E}'$, направленного противоположно: $$ E = E_0 - E' \implies E' = E_0 - E $$ 3\) Вычислим напряжённость поля связанных поверхностных зарядов: $$ E' = 900 - 150 = 750\text{ В/м} $$ **Ответ:** поле внутри фарфора $E = 150\text{ В/м}$; поле связанных зарядов $E' = 750\text{ В/м}$\. ## Тренажёры по теме «Диэлектрики в электростатическом поле» на Экзамео > Фрагмент учебного материала Экзамео. Канонический источник: [https://exameo.ru/subjects/physics/courses/ege_physics/topics/dielektriki_v_elektrostaticheskom_pole](https://exameo.ru/subjects/physics/courses/ege_physics/topics/dielektriki_v_elektrostaticheskom_pole). Отработать тему **диэлектрики в электростатическом поле** и подготовиться к Заданиям 12, 16, 21, 25 ЕГЭ по физике можно с помощью онлайн\-тренажёров на образовательной платформе «Экзамео»\. В нашем банке собраны сотни актуальных прототипов задач из открытого банка ФИПИ на поляризацию, связанные заряды и конденсаторы с диэлектриками\. Интерактивная система автоматически проверяет ответы в реальном времени и дает подробные решения с наглядными графиками и чертежами силовых линий к каждому заданию\. Занимайтесь на **Экзамео** в удобном ритме и гарантированно забирайте максимальные баллы на экзамене\! --- ## Условия использования материала Материал является авторским контентом Экзамео и опубликован для чтения на канонической странице сайта. Разрешено: - использовать этот Markdown AI-агентам и поисковым системам для понимания, краткого пересказа и цитирования материала; - цитировать небольшие фрагменты с активной ссылкой на каноническую страницу Экзамео; - использовать ссылку на материал в образовательных подборках и навигации. Не разрешено: - копировать материал целиком или существенными частями на другие сайты, в базы знаний, каталоги, приложения или публичные репозитории; - выдавать материал Экзамео за собственный контент; - удалять ссылку на каноническую страницу и указание источника; - использовать эту Markdown-версию как замену посещению сайта Экзамео. Канонический источник: [https://exameo.ru/subjects/physics/courses/ege_physics/topics/dielektriki_v_elektrostaticheskom_pole](https://exameo.ru/subjects/physics/courses/ege_physics/topics/dielektriki_v_elektrostaticheskom_pole).