Rumuskan hukum kekekalan muatan listrik jika sistem tersebut. Hukum kekekalan muatan - formulasi, rumus, contoh eksperimen

Muatan listrik adalah kemampuan benda untuk menjadi sumber medan elektromagnetik. Seperti inilah definisi ensiklopedis tentang besaran listrik yang penting. Hukum utama yang terkait dengannya adalah Hukum Coulomb dan kekekalan muatan. Pada artikel ini, kami akan mempertimbangkan hukum kekekalan muatan listrik, kami akan mencoba memberikan definisi dengan kata-kata sederhana dan memberikan semua rumus yang diperlukan.

Konsep "" pertama kali diperkenalkan pada tahun 1875 ini. Rumusan tersebut menyatakan bahwa gaya yang bekerja antara dua partikel bermuatan yang diarahkan sepanjang garis lurus berbanding lurus dengan muatan dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara keduanya.

Ini berarti bahwa jika muatan dipisahkan oleh faktor 2, gaya interaksi mereka akan berkurang dengan faktor empat. Dan inilah tampilannya dalam bentuk vektor:

Batas penerapan di atas:

• biaya poin;
• benda bermuatan seragam;
• tindakannya berlaku pada jarak besar dan kecil.

Manfaat Charles Coulomb dalam pengembangan teknik listrik modern sangat bagus, tetapi mari kita beralih ke topik utama artikel - hukum kekekalan muatan. Dia mengklaim bahwa jumlah semua partikel bermuatan dalam sistem tertutup tidak berubah. Dengan kata sederhana biaya tidak bisa muncul atau hilang begitu saja. Pada saat yang sama, ia tidak berubah dalam waktu dan dapat diukur (atau dibagi, dikuantisasi) oleh bagian-bagian yang merupakan kelipatan dari muatan listrik dasar, yaitu elektron.

Tetapi ingat bahwa dalam sistem yang terisolasi, partikel bermuatan baru muncul hanya di bawah pengaruh gaya tertentu atau sebagai akibat dari proses apa pun. Jadi ion muncul sebagai akibat dari ionisasi gas, misalnya.

Jika Anda prihatin dengan pertanyaan, oleh siapa dan kapan hukum kekekalan muatan ditemukan? Itu dikonfirmasi pada tahun 1843 oleh ilmuwan besar Michael Faraday. Dalam percobaan yang membenarkan hukum kekekalan, jumlah muatan diukur dengan elektrometer, penampilan digambarkan pada gambar di bawah ini:

Tapi mari kita mendukung kata-kata kita dengan latihan. Mari kita ambil dua elektrometer, letakkan cakram logam di batang satu, tutupi dengan kain. Sekarang kita membutuhkan cakram logam lain pada pegangan dielektrik. Itu adalah tiga pada disk yang terletak di elektrometer, dan mereka menjadi listrik. Ketika piringan dengan pegangan dielektrik dilepas, elektrometer akan menunjukkan berapa muatannya, dengan piringan dengan pegangan dielektrik kita menyentuh elektrometer kedua. Panahnya juga akan menyimpang. Jika sekarang kita menutup dua elektrometer dengan batang pada pegangan dielektrik, panah mereka kembali ke posisi semula. Hal ini menunjukkan bahwa muatan listrik total atau netto nol, dan nilainya dalam sistem tetap sama.

Ini menyiratkan formula yang menjelaskan hukum kekekalan muatan listrik:

Rumus berikut mengatakan bahwa perubahan muatan listrik dalam volume setara dengan total arus yang melalui permukaan. Ini juga disebut "persamaan kontinuitas".

Dan jika kita beralih ke volume yang sangat kecil, kita mendapatkan hukum kekekalan muatan dalam bentuk diferensial.

Penting juga untuk menjelaskan bagaimana muatan dan nomor massa terkait. Ketika berbicara tentang struktur zat, kata-kata seperti molekul, atom, proton, dan sejenisnya sering terdengar. Jadi nomor massa adalah jumlah total proton dan neutron, dan jumlah proton dan elektron dalam inti disebut nomor muatan. Dengan kata lain, nomor muatan adalah muatan inti, dan selalu tergantung pada komposisinya. Nah, massa suatu unsur tergantung pada jumlah partikelnya.

Dengan demikian, kami secara singkat mempertimbangkan masalah yang berkaitan dengan hukum kekekalan muatan listrik. Ini adalah salah satu hukum dasar fisika bersama dengan hukum kekekalan momentum dan energi. Tindakannya sempurna dan dengan berlalunya waktu dan perkembangan teknologi tidak mungkin untuk menyangkal keabsahannya. Kami berharap setelah membaca penjelasan kami, semua poin penting dari undang-undang ini menjadi jelas bagi Anda!

bahan

Hukum kekekalan muatan listrik menyatakan bahwa jumlah aljabar dari muatan sistem tertutup secara elektrik adalah kekal.

Hukum kekekalan muatan benar-benar benar. Saat ini, asalnya dijelaskan sebagai konsekuensi dari prinsip invarian pengukur. Persyaratan invarian relativistik mengarah pada fakta bahwa hukum kekekalan muatan memiliki lokal karakter: perubahan muatan dalam setiap volume yang telah ditentukan sama dengan aliran muatan melalui batasnya. Dalam formulasi aslinya itu mungkin proses selanjutnya: muatan menghilang di satu titik di ruang dan langsung muncul di titik lain. Namun, proses seperti itu secara relativistik non-invarian: karena relativitas simultanitas, dalam beberapa kerangka acuan, muatan akan muncul di tempat baru sebelum menghilang di tempat sebelumnya, dan di beberapa tempat, muatan akan muncul di tempat baru. tempat baru beberapa waktu setelah menghilang di tempat sebelumnya. Artinya, akan ada jangka waktu selama muatan tidak dilestarikan. Persyaratan lokalitas memungkinkan kita untuk menuliskan hukum kekekalan muatan dalam bentuk diferensial dan integral.

Hukum Kekekalan Muatan dan Invarians Gauge

Teori fisika menyatakan bahwa setiap hukum kekekalan didasarkan pada prinsip simetri dasar yang sesuai. Hukum kekekalan energi, momentum dan momentum sudut berhubungan dengan sifat-sifat simetri ruang-waktu. Hukum kekekalan muatan listrik, baryon dan lepton tidak berhubungan dengan sifat ruang-waktu, tetapi dengan simetri. hukum fisika mengenai transformasi fase dalam ruang abstrak operator mekanika kuantum dan vektor keadaan. Medan bermuatan dalam teori medan kuantum dijelaskan oleh fungsi gelombang kompleks, di mana x adalah koordinat ruang-waktu. Partikel dengan muatan berlawanan sesuai dengan fungsi medan yang berbeda dalam tanda fase , yang dapat dianggap sebagai koordinat sudut dalam beberapa "ruang muatan" dua dimensi fiktif. Hukum kekekalan muatan adalah konsekuensi dari invarian Lagrangian terhadap transformasi ukuran global tipe , di mana Q adalah muatan partikel yang dijelaskan oleh medan , dan merupakan bilangan real arbitrer, yang merupakan parameter dan tidak bergantung pada koordinat spatiotemporal partikel. Transformasi tersebut tidak mengubah modulus fungsi, sehingga disebut kesatuan U(1).

Hukum kekekalan muatan dalam bentuk integral

Ingatlah bahwa kerapatan fluks muatan listrik hanyalah kerapatan arus. Fakta bahwa perubahan muatan dalam volume sama dengan arus total yang melalui permukaan dapat ditulis dalam bentuk matematika:

Berikut adalah beberapa wilayah sewenang-wenang di ruang tiga dimensi, - batas daerah ini, - rapat muatan, - rapat arus (kerapatan fluks muatan listrik) yang melalui batas.

Hukum kekekalan muatan dalam bentuk diferensial

Melewati volume yang sangat kecil dan menggunakan teorema Stokes seperlunya, kita dapat menulis ulang hukum kekekalan muatan dalam bentuk diferensial lokal (persamaan kontinuitas)

Hukum kekekalan muatan dalam elektronika

Aturan Kirchhoff untuk arus mengikuti langsung dari hukum kekekalan muatan. Kombinasi konduktor dan komponen radio-elektronik direpresentasikan sebagai sistem terbuka. Total masuknya biaya dalam sistem ini sama dengan total keluaran muatan dari sistem. Aturan Kirchhoff mengasumsikan bahwa sistem elektronik tidak dapat secara signifikan mengubah muatan bersihnya.

Verifikasi eksperimental

Verifikasi eksperimental terbaik dari hukum kekekalan muatan listrik adalah pencarian peluruhan tersebut partikel dasar, yang akan diizinkan dalam kasus konservasi muatan yang tidak ketat. Peluruhan semacam itu belum pernah diamati. Ikatan eksperimental terbaik tentang kemungkinan melanggar hukum kekekalan muatan listrik berasal dari pencarian foton dengan energi mek 2/2 255 keV, yang timbul dari peluruhan hipotetis elektron menjadi neutrino dan foton:

namun, ada argumen teoretis bahwa peluruhan foton tunggal seperti itu tidak dapat terjadi bahkan jika muatan tidak kekal. Proses lain yang tidak biasa yang tidak menghemat muatan adalah transformasi spontan elektron menjadi positron dan hilangnya muatan (transisi ke dimensi ekstra, terowongan dari bran, dll.). Pembatasan eksperimental terbaik pada hilangnya elektron bersama dengan muatan listrik dan pada peluruhan beta neutron tanpa emisi elektron.

Mari kita ambil dua elektrometer identik dan mengisi salah satunya (Gbr. 1). Muatannya sesuai dengan \(6\) pembagian skala.

Jika Anda menghubungkan elektrometer ini dengan batang kaca, maka tidak ada perubahan yang akan terjadi. Ini menegaskan fakta bahwa kaca adalah dielektrik. Namun, jika untuk menghubungkan elektrometer gunakan batang logam A (Gbr. 2), memegangnya dengan pegangan non-konduktif B, Anda dapat melihat bahwa muatan awal dibagi menjadi dua bagian yang sama: setengah dari muatan akan berpindah dari bola pertama ke bola kedua. Sekarang muatan setiap elektrometer sesuai dengan \(3\) pembagian skala. Dengan demikian, muatan aslinya tidak berubah, hanya terbagi menjadi dua bagian.

Jika muatan dipindahkan dari benda bermuatan ke benda tak bermuatan dengan ukuran yang sama, maka muatan dibagi dua di antara kedua benda ini. Tetapi jika benda kedua yang tidak bermuatan lebih besar dari yang pertama, maka lebih dari setengah mengenakan biaya. Semakin besar tubuh tempat muatan ditransfer, semakin besar bagian muatan yang akan ditransfer ke sana.

Tetapi jumlah total biaya tidak akan berubah. Dengan demikian, dapat dikatakan bahwa muatan adalah kekal. Itu. hukum kekekalan muatan listrik terpenuhi.

Dalam sistem tertutup, jumlah aljabar muatan semua partikel tetap tidak berubah:

q 1 + q 2 + q 3 + ... + q n \(=\) const,

dimana q 1 , q 2 dst. adalah muatan partikel.

Sistem tertutup dianggap sebagai sistem yang tidak memasukkan muatan dari luar, dan juga tidak keluar darinya.

Telah dibuktikan secara eksperimental bahwa ketika benda dialiri listrik, hukum kekekalan muatan listrik juga terpenuhi. Kita sudah mengetahui bahwa elektrisasi adalah proses memperoleh benda bermuatan listrik dari benda netral yang bermuatan listrik. Dalam hal ini, kedua tubuh dibebankan. Misalnya, ketika batang kaca digosok dengan kain sutra, kaca menjadi bermuatan positif, sedangkan sutra menjadi bermuatan negatif. Pada awal percobaan, tidak ada tubuh yang diisi. Pada akhir percobaan, kedua benda bermuatan. Secara eksperimental telah ditetapkan bahwa muatan-muatan ini berlawanan tanda, tetapi identik dalam nilai numerik, yaitu. jumlah mereka adalah nol. Jika tubuh bermuatan negatif dan ketika dialiri listrik masih memperoleh muatan negatif, maka muatan tubuh meningkat. Tetapi muatan total kedua benda ini tidak berubah.

Contoh:

Sebelum elektrifikasi, benda pertama memiliki muatan \(-2\) c.u. (c.u. adalah satuan muatan konvensional). Dalam proses elektrifikasi, ia memperoleh \(4\) muatan negatif lainnya. Kemudian, setelah elektrifikasi, muatannya menjadi sama dengan \(-2 + (-4) \u003d -6\) c.u. Benda kedua, sebagai akibat dari elektrifikasi, mengeluarkan \(4\) muatan negatif, dan muatannya akan sama dengan \(+4\) c.u. Menjumlahkan muatan benda pertama dan kedua pada akhir percobaan, kita mendapatkan \(-6 + 4 = -2\) c.u. Dan mereka memiliki muatan seperti itu sebelum percobaan.

Hukum kekekalan muatan

Tidak semua fenomena alam dapat dipahami dan dijelaskan berdasarkan konsep dan hukum mekanika, teori kinetik molekular dari struktur materi, dan termodinamika. Ilmu-ilmu ini tidak mengatakan apa-apa tentang sifat gaya yang mengikat atom dan molekul individu, menahan atom dan molekul materi dalam keadaan padat pada jarak tertentu dari satu sama lain. Hukum interaksi atom dan molekul dapat dipahami dan dijelaskan berdasarkan gagasan bahwa muatan listrik ada di alam.

Fenomena paling sederhana dan paling sehari-hari, di mana fakta keberadaan muatan listrik di alam, adalah elektrifikasi benda-benda saat bersentuhan. Interaksi benda yang terdeteksi selama elektrisasi disebut interaksi elektromagnetik, dan kuantitas fisik yang menentukan interaksi elektromagnetik disebut muatan listrik. Kemampuan muatan listrik untuk menarik dan menolak menunjukkan adanya dua berbagai macam muatan: positif dan negatif.

Muatan listrik dapat muncul tidak hanya sebagai hasil elektrifikasi ketika benda bersentuhan, tetapi juga selama interaksi lain, misalnya, di bawah pengaruh gaya (efek piezoelektrik). Tetapi selalu dalam sistem tertutup, yang tidak termasuk muatan, untuk setiap interaksi benda, jumlah aljabar (yaitu, dengan mempertimbangkan tanda) dari muatan listrik semua benda tetap konstan. Fakta yang ditetapkan secara eksperimental ini disebut hukum kekekalan muatan listrik.

Tidak ada tempat dan tidak pernah di alam muatan listrik dengan tanda yang sama muncul dan menghilang. Munculnya muatan positif selalu disertai dengan munculnya muatan negatif yang sama nilainya secara mutlak, tetapi berlawanan tanda. Baik muatan positif maupun negatif tidak dapat hilang secara terpisah satu sama lain jika keduanya sama dalam nilai absolut.

Munculnya dan hilangnya muatan listrik pada benda dalam banyak kasus dijelaskan oleh transisi partikel bermuatan dasar - elektron - dari satu benda ke benda lainnya. Seperti yang Anda ketahui, komposisi atom apa pun termasuk inti bermuatan positif dan elektron bermuatan negatif. Dalam atom netral, muatan total elektron adalah tepat sama dengan muatan inti atom. Sebuah benda yang terdiri dari atom dan molekul netral memiliki muatan listrik total sama dengan nol.

Jika, sebagai hasil dari interaksi apa pun, bagian dari elektron berpindah dari satu benda ke benda lain, maka satu benda menerima muatan listrik negatif, dan yang kedua - muatan positif yang sama dalam nilai absolut. Ketika dua benda bermuatan berlawanan bersentuhan, biasanya muatan listrik tidak hilang tanpa jejak, dan kelebihan jumlah elektron berpindah dari benda bermuatan negatif ke benda di mana beberapa atom memiliki satu set elektron yang tidak lengkap pada kulitnya.

Kasus khusus adalah pertemuan antipartikel bermuatan dasar, misalnya, elektron dan positron. Dalam hal ini, muatan listrik positif dan negatif benar-benar hilang, musnah, tetapi sepenuhnya sesuai dengan hukum kekekalan muatan listrik, karena jumlah aljabar muatan elektron dan positron sama dengan nol.

Hukum kekekalan muatan listrik

Ada dua jenis muatan, positif dan negatif; muatan sejenis saling tolak menolak, muatan tidak sejenis saling tarik menarik. Ketika dialiri listrik oleh gesekan, kedua benda selalu bermuatan, apalagi, dengan besaran yang sama tetapi muatan yang berlawanan.

Secara empiris, fisikawan Amerika R. Milliken (1868–1953) dan fisikawan Soviet A.F. Ioffe membuktikan bahwa muatan listrik bersifat diskrit, yaitu muatan suatu benda adalah kelipatan bilangan bulat dari beberapa muatan listrik dasar. e (e\u003d 1.6.10 -19 C). elektron ( Aku= 9.11.10 -31 kg) dan sebuah proton ( M P\u003d 1,67,10 -27 kg) masing-masing adalah pembawa muatan negatif dan positif dasar.

Dari generalisasi data eksperimen, hukum alam yang mendasar ditetapkan, pertama kali dirumuskan oleh fisikawan Inggris M. Faraday (1791 - 1867), - hukum kekekalan muatan: jumlah aljabar muatan listrik dari setiap sistem tertutup (sistem yang tidak bertukar muatan dengan benda luar) tetap tidak berubah, tidak peduli proses apa yang terjadi di dalam sistem ini.

Muatan listrik adalah besaran invarian relativistik, yaitu tidak bergantung pada kerangka acuan, dan oleh karena itu tidak bergantung pada apakah muatan ini bergerak atau diam.

Adanya pembawa muatan (elektron, ion) merupakan syarat bagi benda untuk menghantarkan arus listrik. Tergantung pada kemampuan tubuh untuk menghantarkan arus listrik, mereka dibagi menjadi: konduktor, dielektrik dan semikonduktor Konduktor adalah benda di mana muatan listrik dapat bergerak sepanjang volumenya. Konduktor dibagi menjadi dua kelompok: 1) konduktor jenis pertama (misalnya, logam) - transfer muatan (elektron bebas) ke dalamnya tidak disertai dengan transformasi kimia; 2) konduktor jenis kedua (misalnya, garam cair, larutan asam) - transfer muatan (ion positif dan negatif) ke dalamnya menyebabkan perubahan kimia. Dielektrik (misalnya kaca, plastik) - benda yang tidak menghantarkan arus listrik; jika tidak ada kekuatan eksternal yang diterapkan pada benda-benda ini Medan listrik, praktis tidak ada operator biaya gratis di dalamnya. Semikonduktor (misalnya, germanium, silikon) menempati posisi perantara antara konduktor dan dielektrik, dan konduktivitasnya sangat bergantung pada kondisi eksternal, seperti suhu.

Satuan muatan listrik (satuan turunan, seperti yang ditentukan melalui satuan kekuatan arus) - liontin(C) - muatan listrik yang melewati penampang pada arus 1 A untuk waktu 1 s.

2. Hukum Coulomb

Hukum interaksi muatan listrik titik tak bergerak ditetapkan pada tahun 1785 oleh Sh. Coulomb menggunakan neraca torsi (hukum ini sebelumnya ditemukan oleh G. Cavendish, tetapi karyanya tetap tidak diketahui selama lebih dari 100 tahun). tepat disebut muatan terkonsentrasi pada tubuh, dimensi linier yang dapat diabaikan dibandingkan dengan jarak ke benda bermuatan lain yang berinteraksi dengannya.

hukum Coulomb: gaya interaksi F antara dua muatan titik terletak dalam ruang hampa , sebanding dengan muatan Q 1 dan Q 2 dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak r antara keduanya:

di mana k adalah koefisien proporsionalitas, tergantung pada pilihan sistem satuan.

Gaya Coulomb F diarahkan sepanjang garis lurus yang menghubungkan muatan yang berinteraksi, yaitu pusat, dan sesuai dengan gaya tarik ( F< 0) в случае разноименных зарядов и отталкиванию (F>0) dalam hal muatan serupa.

Dalam bentuk vektor, hukum Coulomb memiliki bentuk

(.2)

di mana F 12, adalah gaya yang bekerja pada muatan Q 1 sisi biaya Q 2 , R 12 adalah vektor jari-jari yang menghubungkan muatan Q 1 dengan biaya Q 2 .

Jika muatan yang berinteraksi berada dalam medium homogen dan isotropik, maka gaya interaksi , di mana adalah besaran tak berdimensi, permitivitas sedang, menunjukkan berapa kali gaya F interaksi antara muatan dalam media tertentu kurang dari kekuatannya F tentang interaksi dalam ruang hampa : ε = F tentang / F. Untuk vakum = 1.

Dalam SI, koefisien proporsionalitas diambil sama dengan .

Maka hukum Coulomb akan ditulis dalam bentuk akhir:

Nilai tentang disebut konstanta listrik; itu adalah salah satu konstanta fisik dasar dan sama dengan o = 8.85.10 -12 C / (N m). Kemudian k= 9,10 9 m/F.

3. Medan elektrostatik dan intensitasnya

Jika muatan lain dimasukkan ke dalam ruang yang mengelilingi muatan listrik, maka gaya Coulomb akan bekerja padanya; artinya di dalam ruang yang mengelilingi muatan listrik terdapat medan gaya. Menurut ide-ide fisika modern, medan benar-benar ada dan, bersama dengan materi, adalah salah satu jenis materi, yang melaluinya interaksi tertentu dilakukan antara benda atau partikel makroskopik yang membentuk zat tersebut. Dalam hal ini, mereka berbicara tentang Medan listrik- medan di mana muatan listrik berinteraksi. Kami akan mempertimbangkan medan listrik yang dibuat oleh muatan listrik tidak bergerak dan disebut elektrostatis.

Untuk deteksi dan studi eksperimental medan elektrostatik digunakan titik tes positif muatan - muatan semacam itu yang tidak mendistorsi bidang yang dipelajari oleh tindakannya (tidak menyebabkan redistribusi muatan yang menciptakan bidang). Jika di lapangan dibuat oleh muatan Q, tempatkan biaya tes Q oh, ada gaya yang bekerja padanya F, berbeda di berbagai titik medan, yang menurut hukum Coulomb, sebanding dengan muatan uji Q tentang. Oleh karena itu, rasio F/ Q o tidak bergantung pada muatan uji dan mencirikan medan listrik pada titik di mana muatan uji berada. Nilai ini adalah karakteristik daya medan elektrostatik dan disebut ketegangan.

Kekuatan medan elektrostatik pada titik tertentu adalah kuantitas fisik yang ditentukan oleh gaya yang bekerja pada muatan positif unit yang ditempatkan pada titik medan ini: E =F /Q Hai.

arah vektor E bertepatan dengan arah gaya yang bekerja pada muatan positif. Satuan kuat medan elektrostatik adalah newton per liontin (N/C): 1 N/C adalah intensitas medan yang bekerja pada muatan titik 1 C dengan gaya 1 N. 1 N/C = 1 V /m, di mana V (volt) - satuan potensial medan elektrostatik (lihat 84).

Kuat medan muatan titik (untuk = 1)

(3)

atau dalam bentuk skalar

vektor E di semua titik medan diarahkan secara radial menjauhi muatan jika bermuatan positif dan secara radial menuju muatan jika bermuatan negatif.

Secara grafis, medan elektrostatik digambarkan menggunakan garis tegangan ( garis kekuatan), yang dilakukan sehingga garis singgungnya di setiap titik dalam ruang bertepatan dengan arah vektor intensitas pada titik tertentu di lapangan. Karena pada setiap titik tertentu dalam ruang vektor tegangan hanya memiliki satu arah, garis-garis tegangan tidak pernah berpotongan. Untuk bidang homogen (ketika vektor tegangan pada setiap titik adalah konstan dalam besar dan arah) garis tegangan sejajar dengan vektor tegangan. Jika medan ditimbulkan oleh sebuah muatan titik, maka garis-garis tegangannya adalah garis lurus radial yang keluar dari muatan jika bermuatan positif dan masuk jika bermuatan negatif. Karena visibilitas yang luar biasa cara grafis representasi medan listrik banyak digunakan dalam teknik listrik.

Agar dapat mengkarakterisasi tidak hanya arah, tetapi juga besarnya kekuatan medan elektrostatik dengan bantuan garis tegangan, kami sepakat untuk menggambarnya dengan kerapatan tertentu: jumlah garis tegangan yang menembus permukaan satuan yang tegak lurus terhadap garis tegangan harus sama dengan modulus vektor E . Maka jumlah garis tarik yang menembus luas dasar d S, normal yang membentuk sudut dengan vektor E, sama dengan Ed S karena a. Nilai dФ E = E D S ditelepon aliran vektor tegangan melalui peron d S. di sini d S =d Sn adalah vektor yang modulusnya sama dengan d S, dan arahnya bertepatan dengan normal n ke situs. Memilih arah vektor n(dan, akibatnya, d S ) bersyarat, karena dapat diarahkan ke segala arah.

Untuk permukaan tertutup sewenang-wenang S vektor aliran E melalui permukaan ini

di mana integral diambil di atas permukaan tertutup S. Aliran vektor E adalah besaran aljabar: tidak hanya bergantung pada konfigurasi medan E , tetapi juga pada pilihan arah n. Untuk permukaan tertutup, normal luar diambil sebagai arah positif dari normal, yaitu normal menunjuk ke luar dari area yang dicakup oleh permukaan.

Dalam sejarah perkembangan fisika, telah terjadi pergulatan antara dua teori – jarak jauh Dan jarak dekat. Dalam teori aksi jarak jauh, diasumsikan bahwa fenomena listrik ditentukan oleh interaksi muatan sesaat pada jarak berapa pun. Menurut teori aksi jarak pendek, semua fenomena listrik ditentukan oleh perubahan medan muatan, dan perubahan ini merambat di ruang dari titik ke titik dengan kecepatan yang terbatas. Seperti yang diterapkan pada medan elektrostatik, kedua teori memberikan hasil yang sama, yang sesuai dengan eksperimen. Transisi ke fenomena yang disebabkan oleh pergerakan muatan listrik menyebabkan kegagalan teori aksi jarak jauh, oleh karena itu teori modern interaksi partikel bermuatan adalah teori interaksi jarak pendek.

4.Prinsip superposisi medan elektrostatik. medan dipol

Pertimbangkan metode untuk menentukan besar dan arah vektor intensitas E pada setiap titik medan elektrostatik yang diciptakan oleh sistem muatan stasioner Q 1 , Q 2 , … Q n.

Pengalaman menunjukkan bahwa prinsip kemandirian aksi gaya, dipertimbangkan dalam mekanika, berlaku untuk gaya Coulomb, yaitu gaya yang dihasilkan F , bertindak dari sisi lapangan atas tuduhan percobaan Q o sama dengan jumlah vektor gaya F saya menerapkannya dari masing-masing biaya Q saya: .Karena F = Qo E Dan F saya= Q Hai E saya, -di mana E kekuatan medan yang dihasilkan, dan E saya; adalah kekuatan medan yang diciptakan oleh muatan Q saya;. Mengganti, kita dapatkan Rumus ini menyatakan prinsip superposisi(superposisi) medan elektrostatik, yang menurutnya: kekuatan E dari medan yang dihasilkan oleh sistem muatan sama dengan jumlah geometrik dari kekuatan medan yang dibuat pada titik tertentu oleh masing-masing muatan secara terpisah.

Kami menerapkan prinsip superposisi untuk menghitung medan elektrostatik dipol listrik. dipol listrik- sistem dua muatan titik yang sama nilai absolutnya berlawanan (+ Q, –Q), jarak 1 di antaranya jarak ke titik-titik yang dipertimbangkan di lapangan jauh lebih sedikit. Vektor yang diarahkan sepanjang sumbu dipol (garis lurus yang melalui kedua muatan) dari muatan negatif ke muatan positif dan sama dengan jarak antara keduanya disebut lengan dipol. vektor P = |Q|aku bertepatan dengan arah lengan dipol dan sama dengan produk dari muatan Q di bahu 1 , disebut momen listrik dipol R atau momen dipol

Menurut prinsip superposisi, tegangan E medan dipol pada titik sembarang

E= E + + E - , di mana E + dan E - adalah kekuatan medan yang diciptakan masing-masing oleh muatan positif dan negatif. Dengan menggunakan rumus ini, kami menghitung kekuatan medan pada kelanjutan sumbu dipol dan pada tegak lurus ke tengah sumbunya.

1. Kuat medan pada kelanjutan sumbu dipol di titik A. Seperti dapat dilihat dari gambar, kuat medan dipol di titik A diarahkan sepanjang sumbu dipol dan sama dengan nilai absolut dengan E = E + - E -

Menyatakan jarak dari titik A ke tengah sumbu dipol melalui R, kami menentukan kekuatan medan yang diciptakan oleh muatan dipol dan menambahkannya

Menurut definisi dipol, aku/2 , jadi

2.Kuat medan pada tegak lurus, dinaikkan ke sumbu dari tengahnya, di titik B. Titik B berjarak sama dari muatan, jadi

(4),

di mana R adalah jarak dari titik B ke tengah lengan dipol. Dari persamaan segitiga sama kaki berdasarkan lengan dipol dan vektor E B , kita dapatkan

,

di mana E B = E + aku /R. (5)

Mengganti nilai (4) ke dalam ekspresi (5), kita memperoleh

vektor E B memiliki arah yang berlawanan dengan momen listrik dipol.

5.Teorema Gauss untuk medan elektrostatik dalam ruang hampa

Perhitungan kuat medan sistem muatan listrik menggunakan prinsip superposisi medan elektrostatik dapat sangat disederhanakan menggunakan rumus yang diturunkan oleh ilmuwan Jerman K. Gauss (1777 - 1855) teorema yang menentukan aliran vektor kuat medan listrik melalui permukaan tertutup sewenang-wenang.

Diketahui bahwa aliran vektor tegangan melalui permukaan bola berjari-jari R melampirkan muatan titik Q, terletak di pusatnya, sama dengan

Hasil ini berlaku untuk permukaan tertutup dalam bentuk apa pun. Memang, jika sebuah bola dikelilingi oleh permukaan tertutup yang sewenang-wenang, maka setiap garis tegangan yang menembus bola juga akan melewati permukaan ini.

Jika permukaan tertutup dengan bentuk sembarang menutupi muatan, maka pada perpotongan garis tegangan yang dipilih dengan permukaan, muatan itu kemudian memasuki permukaan, lalu meninggalkannya. Jumlah simpang ganjil dalam perhitungan aliran akhirnya berkurang menjadi satu simpang, karena aliran dianggap positif jika garis tegangan keluar dari permukaan, dan negatif untuk garis yang masuk ke permukaan. Jika permukaan tertutup tidak menutupi muatan, maka aliran yang melaluinya sama dengan nol, karena jumlah garis tegangan yang masuk ke permukaan sama dengan jumlah garis tegangan yang keluar.

Jadi untuk permukaan bentuk apapun, jika tertutup dan mengandung muatan titik Q, aliran vektor E akan sama dengan Q / e o yaitu

Pertimbangkan kasus umum dari permukaan sewenang-wenang di sekitarnya n biaya. Menurut prinsip superposisi ketegangan E saya medan yang diciptakan oleh semua muatan sama dengan jumlah intensitas yang dibuat oleh setiap muatan secara terpisah E =S E saya. Itu sebabnya

Masing-masing integral di bawah tanda jumlah sama dengan Q saya/ e o . Akibatnya,

(5A)

Rumus ini menyatakan teorema Gauss untuk medan elektrostatik dalam ruang hampa: aliran vektor kekuatan medan elektrostatik dalam ruang hampa melalui permukaan tertutup sewenang-wenang sama dengan jumlah aljabar tertutup di dalam permukaan muatan ini, dibagi dengan o. Teorema ini diturunkan secara matematis untuk medan vektor dalam bentuk apa pun oleh matematikawan Rusia M.V. Ostrogradsky (1801–1862), dan kemudian, terlepas darinya, diterapkan pada medan elektrostatik oleh K. Gauss.

Dalam kasus umum, muatan listrik dapat "dicoreng" dengan kerapatan curah tertentu ρ =d Q/D V, berbeda dalam tempat yang berbeda ruang angkasa. Maka total muatan yang tertutup di dalam permukaan tertutup S meliputi beberapa volume V sama dengan .

Maka teorema Gauss dapat dituliskan sebagai berikut:

6. Penerapan teorema Gauss untuk

perhitungan beberapa medan elektrostatik dalam ruang hampa

1.Bidang bidang tak terbatas bermuatan seragam. Bidang tak hingga bermuatan dengan kerapatan permukaan konstan +σ (σ = d Q/D S adalah biaya per satuan luas). Garis-garis tegangan tegak lurus terhadap bidang yang dipertimbangkan dan diarahkan darinya di kedua arah. Sebagai permukaan tertutup, kami memilih sebuah silinder, yang alasnya sejajar dengan bidang bermuatan, dan sumbunya tegak lurus terhadapnya. Karena generator silinder sejajar dengan garis tegangan (cos α = 0), maka aliran vektor intensitas melalui permukaan samping silinder adalah nol, dan total aliran melalui silinder sama dengan jumlah mengalir melalui alasnya (luas alasnya sama dengan alasnya E n cocok E), yaitu sama dengan 2 ES. Muatan di dalam silinder adalah S. Menurut teorema Gauss 2 ES = σ S/ε o , dari mana

E= /2ε o (6)

Ini mengikuti dari rumus bahwa E tidak tergantung pada panjang silinder, mis. kekuatan medan pada jarak berapa pun adalah sama dalam nilai absolut, dengan kata lain, bidang bidang yang bermuatan seragam adalah homogen.

2.. Biarkan bidang bermuatan dengan muatan berlawanan seragam dengan kerapatan permukaan +σ dan –σ. Bidang bidang tersebut akan ditemukan sebagai superposisi bidang yang dibuat oleh masing-masing bidang secara terpisah. Seperti dapat dilihat dari gambar, medan di kiri dan kanan bidang dikurangi (garis-garis tegangan diarahkan satu sama lain), jadi di sini kuat medan E=0. Di daerah antara pesawat E = E + + E – (E+ dan E- ditentukan oleh rumus (6), oleh karena itu, tegangan yang dihasilkan E = / o. Dengan demikian, medan dalam hal ini terkonsentrasi di antara bidang dan berada di wilayah ini homogen.

3.. Jari-jari permukaan bola R dengan biaya umum Q bermuatan seragam dengan kerapatan permukaan +σ. Karena distribusi muatan yang seragam di atas permukaan, medan yang diciptakan olehnya memiliki simetri bola. Oleh karena itu, garis tegangan diarahkan secara radial). Mari kita secara mental memilih bola radius R memiliki pusat bersama dengan bola bermuatan. Jika r>R, maka seluruh muatan masuk ke permukaan Q, yang menciptakan bidang yang dipertimbangkan, dan, dengan teorema Gauss, 4π R 2 E= Q/ε o , dari mana

(7)

Jika R"<R, maka permukaan tertutup tidak mengandung muatan di dalamnya, oleh karena itu, tidak ada medan elektrostatik di dalam permukaan bola yang bermuatan seragam ( E=0). Di luar permukaan ini, medan berkurang dengan jarak R menurut hukum yang sama seperti untuk muatan titik.

4. Bidang bola bermuatan volumetrik. radius bola R dengan biaya umum Q bermuatan seragam dengan massa jenis (ρ = d Q/D V- biaya per satuan volume). Dengan mempertimbangkan pertimbangan simetri, dapat ditunjukkan bahwa untuk kuat medan di luar bola, akan diperoleh hasil yang sama seperti pada kasus sebelumnya. Di dalam bola, kekuatan lapangan akan berbeda. Radius Bola R"<R biaya tambahan Q"=4/3π R" 3 . Oleh karena itu, menurut teorema Gauss, 4π R" 2 E = Q"/ε o \u003d \u003d 4/3 R" 3 /ε o. Mengingat = Q/(4/3π R 3), kita dapatkan

. (8)

Dengan demikian, kekuatan medan di luar bola bermuatan seragam dijelaskan oleh rumus (7), dan di dalamnya berubah secara linier dengan jarak R“menurut ekspresi (8).

5.. Jari-jari silinder tak terbatas R dibebankan secara merata dengan kepadatan linier(τ = d Q/D aku- - muatan per satuan panjang). Dari pertimbangan simetri dapat disimpulkan bahwa garis-garis tegangan akan menjadi garis lurus radial yang tegak lurus terhadap permukaan silinder. Sebagai permukaan tertutup, kami memilih silinder koaksial dengan radius bermuatan R dan panjang aku. Aliran vektor E melalui ujung silinder koaksial adalah nol (ujungnya sejajar dengan garis tegangan), dan melalui permukaan samping 2π rlE.

Oleh teorema Gauss, pada R >R 2π rlE = τ aku/ε o , dari mana

(9)

Jika R < R, maka permukaan tertutup tidak mengandung muatan di dalamnya, oleh karena itu, di area ini E= 0. Dengan demikian, kuat medan di luar silinder tak hingga bermuatan seragam ditentukan oleh ekspresi (8), sedangkan di dalamnya tidak ada medan.

7.Sirkulasi vektor kekuatan medan elektrostatik

Jika dalam medan elektrostatik muatan titik Q muatan titik lain bergerak dari titik 1 ke titik 2 sepanjang lintasan yang berubah-ubah Q o , maka gaya yang diterapkan pada muatan tersebut bekerja. Bekerja di jalur dasar dl adalah sama dengan .

Sejak d aku cosα = d R, kemudian . Bekerja sambil memindahkan muatan Q o dari titik 1 ke titik 2

(10)

tidak bergantung pada lintasan pergerakan, tetapi hanya ditentukan oleh posisi titik awal 1 dan titik akhir 2. Akibatnya, medan elektrostatik muatan titik adalah potensial, dan gaya elektrostatik adalah konservatif.

Dari rumus (10) berikut bahwa pekerjaan yang dilakukan ketika memindahkan muatan listrik dalam medan elektrostatik eksternal sepanjang jalur tertutup L sama dengan nol, yaitu

Jika kita mengambil muatan positif titik satuan sebagai muatan yang dibawa dalam medan elektrostatik, maka kerja dasar dari gaya medan pada lintasan d aku adalah sama dengan E D aku = E l D aku, di mana E l = E cosα - proyeksi vektor E ke arah perpindahan elementer. Maka rumus tersebut dapat ditulis sebagai = 0.

Integral tersebut disebut sirkulasi vektor tegangan. Oleh karena itu, sirkulasi vektor kekuatan medan elektrostatik sepanjang loop tertutup sama dengan nol. Dari sini juga dapat disimpulkan bahwa garis-garis medan elektrostatik tidak dapat ditutup.

Rumus yang dihasilkan hanya berlaku untuk medan elektrostatik. Akan ditunjukkan kemudian bahwa medan muatan bergerak tidak potensial dan kondisi (5*) tidak terpenuhi untuk itu.

7.Potensi medan elektrostatik

Benda yang berada dalam medan gaya potensial (dan medan elektrostatik adalah potensial) memiliki energi potensial, yang karenanya pekerjaan dilakukan oleh gaya-gaya medan tersebut. Seperti diketahui dari mekanika, pekerjaan gaya konservatif dilakukan karena hilangnya energi potensial. Oleh karena itu, kerja gaya medan elektrostatik dapat direpresentasikan sebagai perbedaan energi potensial yang dimiliki oleh muatan titik Q o pada titik awal dan akhir medan muatan Q: ,

maka energi potensial muatan Q o di bidang muatan Q adalah sama dengan , yang, seperti dalam mekanika, ditentukan hingga konstanta sembarang C. Jika kita mengasumsikan bahwa ketika muatan dihilangkan hingga tak terhingga (r→ ), energi potensial hilang ( kamu= 0), maka DARI= 0 dan energi potensial muatan Q o terletak di bidang muatan Q pada jarak r darinya, sama dengan

(12)

Untuk biaya serupa Q Hai Q> 0 dan energi potensial interaksinya (tolak-menolak) adalah positif. Untuk muatan berlawanan Q Hai Q <0 и потенциальная энергия их взаимодействия (притяжения) отрицательна.

Jika bidang dihasilkan oleh sistem n biaya poin Q 1 , Q 2 , …Q n , maka tunduk pada prinsip superposisi energi potensial kamu mengenakan biaya Q o terletak di bidang ini sama dengan jumlah energi potensialnya kamu aku, dibuat oleh masing-masing muatan secara terpisah

(13)

Dari rumus (12) dan (13) berikut bahwa rasio kamu/Q o tidak bergantung pada Q o dan karena itu merupakan karakteristik energi dari medan elektrostatik, yang disebut potensi:

Potensial pada setiap titik medan elektrostatik adalah besaran fisika yang ditentukan oleh energi potensial dari satu muatan positif yang ditempatkan pada titik ini. Dari rumus (12) dan (13) berikut bahwa potensi medan yang diciptakan oleh muatan titik Q, adalah sama dengan

Usaha yang dilakukan oleh gaya-gaya medan elektrostatik ketika muatan bergerak Q o dari titik 1 ke titik 2 dapat direpresentasikan sebagai

A 12 = kamu 1 -kamu 2 =Q o (φ 1 -φ 2), (15)

itu. pekerjaan sama dengan produk dari muatan yang ditransfer dan perbedaan potensial pada titik awal dan akhir .

Kerja gaya medan saat memindahkan muatan Q o dari titik 1 ke titik 2 juga dapat ditulis sebagai

Dengan menyamakan (14) dan (15), kita sampai pada hubungan 1 -φ 2 = , di mana integrasi dapat dilakukan sepanjang garis yang menghubungkan titik awal dan titik akhir, karena kerja gaya medan elektrostatik tidak bergantung pada lintasan pergerakan.

Jika Anda memindahkan muatan Q o dari titik sembarang di luar lapangan, mis. hingga tak terhingga, di mana dengan kondisi potensial sama dengan nol, maka kerja gaya-gaya medan elektrostatik, menurut (15), A = Q o atau

Jadi, potensial adalah besaran fisika yang ditentukan oleh usaha memindahkan muatan positif satuan ketika dipindahkan dari titik tertentu hingga tak terhingga. Pekerjaan ini secara numerik sama dengan pekerjaan yang dilakukan oleh gaya eksternal (melawan gaya medan elektrostatik) dalam memindahkan muatan positif unit dari tak terhingga ke titik tertentu di medan.

Dari ekspresi (14) berikut bahwa satuan potensial adalah volt (V): 1 V adalah potensial dari suatu titik di bidang di mana proyektil 1 C memiliki energi potensial 1 J (1 V = 1 J/C). Mengingat dimensi volt, dapat ditunjukkan bahwa satuan kuat medan elektrostatik yang diperkenalkan sebelumnya memang 1 V/m: 1 N/C = 1 N m/(C m) = 1 J/(C m) = 1 V/m.

Dari rumus (14) dan (15) dapat disimpulkan bahwa jika medan dibuat oleh beberapa muatan, maka potensial medan sistem proyektil sama dengan jumlah aljabar potensial medan semua muatan ini. Ini adalah keuntungan yang signifikan dari karakteristik energi skalar dari medan elektrostatik - potensi - di atas karakteristik daya vektornya - kekuatan, yang sama dengan jumlah geometris dari kekuatan medan.

Ketegangan sebagai gradien potensial. Permukaan ekuipotensial

Mari kita cari hubungan antara intensitas medan elektrostatik, yang merupakan karakteristik dayanya, dan potensi, karakteristik energi medan tersebut.

Bekerja untuk memindahkan muatan positif titik satuan dari satu titik ke titik lain sepanjang sumbu x asalkan titik-titiknya sangat dekat satu sama lain dan x 2 – x 1 = dx, sama dengan E x dx. Pekerjaan yang sama adalah φ 1 – φ 2 = –d. Setelah menyamakan kedua ekspresi, kita dapat menulis , di mana simbol turunan parsial menekankan bahwa diferensiasi dilakukan hanya terhadap x. Mengulangi alasan serupa untuk sumbu pada Dan z, kita dapat menemukan vektor E :

, (16)

di mana saya , J , k adalah vektor satuan dari sumbu koordinat x, pada, z.

Ini mengikuti dari definisi gradien dan (1.6) bahwa , atau , yaitu. Kekuatan medan E sama dengan gradien potensial dengan tanda minus . Tanda minus ditentukan oleh fakta bahwa vektor intensitas E medan diarahkan ke arah penurunan potensial.

Untuk representasi grafis dari distribusi potensi medan elektrostatik, seperti dalam kasus medan gravitasi, gunakan permukaan ekuipotensial – permukaan, di semua titik di mana potensial memiliki nilai yang sama.

Jadi, permukaan ekipotensial dalam hal ini adalah bola konsentris. Di sisi lain, garis-garis tegangan dalam kasus muatan titik adalah garis lurus radial. Akibatnya, garis-garis tegangan dalam kasus muatan titik tegak lurus terhadap permukaan ekuipotensial.

Alasan tersebut mengarah pada kesimpulan bahwa garis-garis tegangan selalu normal terhadap permukaan ekuipotensial. Memang, semua titik permukaan ekuipotensial memiliki potensi yang sama, sehingga pekerjaan memindahkan muatan di sepanjang permukaan ini adalah nol, yaitu, gaya elektrostatik yang bekerja pada muatan selalu diarahkan sepanjang garis normal ke permukaan ekuipotensial. Oleh karena itu, vektor E selalu normal terhadap permukaan ekuipotensial, dan oleh karena itu garis-garis vektor E ortogonal terhadap permukaan ini.

Ada jumlah tak terbatas permukaan ekuipotensial di sekitar setiap sistem muatan. Namun, mereka biasanya dilakukan sehingga perbedaan potensial antara dua permukaan ekuipotensial yang berdekatan adalah sama. Kemudian kepadatan permukaan ekuipotensial dengan jelas mencirikan kekuatan medan pada titik yang berbeda. Dimana permukaan ini lebih padat, kekuatan medan lebih besar.

Mengetahui lokasi garis kuat medan elektrostatik, dimungkinkan untuk membuat permukaan ekuipotensial dan, sebaliknya, dari lokasi permukaan ekuipotensial yang diketahui, dimungkinkan untuk menentukan besar dan arah kuat medan pada setiap titik medan. Misalnya, gambar menunjukkan tampilan garis tegangan (garis putus-putus) dan permukaan ekuipotensial (garis padat) dari bidang silinder logam bermuatan yang memiliki tonjolan di satu ujung dan depresi di ujung lainnya.

Perhitungan potensial dari kekuatan medan

Hubungan yang terjalin antara kuat medan dan potensial memungkinkan untuk menemukan beda potensial antara dua titik sembarang medan ini dari kuat medan yang diketahui.

1.Bidang bidang tak terbatas bermuatan seragam ditentukan oleh rumus E= /2ε о, di mana adalah rapat muatan permukaan. Beda potensial antara titik-titik yang terletak pada jarak x 1 dan x 2 dari bidang (kami menggunakan rumus (16)), sama dengan

2.Medan dua bidang paralel tak berhingga yang bermuatan berlawanan ditentukan oleh rumus E= /ε о, di mana adalah rapat muatan permukaan. Beda potensial antara bidang-bidang yang jaraknya sama dengan d (lihat rumus (15)), sama dengan

.

3.Bidang permukaan bola bermuatan seragam radius R dengan biaya umum Q di luar bidang ( R > Q) dihitung dengan rumus: . Beda potensial antara dua titik yang terletak pada jarak R 1 , dan R 2 dari pusat bola ( R 1 >R, R 2 >R), adalah sama dengan

Jika menerima R 1 = R, Dan R 2 = , maka potensial permukaan bola yang bermuatan adalah .

4. Medan bola bermuatan seragam berjari-jari R dengan biaya umum Q di luar bola ( R>R) dihitung dengan rumus (82.3), sehingga beda potensial antara dua titik yang terletak pada jarak R 1 , dan R 2 , dari pusat bola ( R 1 >R, R 2 >R) ditentukan dengan rumus (86.2). Pada titik mana pun yang terletak di dalam bola di kejauhan R"dari pusatnya ( R" <R), intensitas ditentukan oleh ekspresi (82,4): .Akibatnya, perbedaan potensial antara dua titik yang terletak pada jarak R 1", dan R 2′ dari pusat bola ( R 1 "<R, R 2<R), adalah sama dengan

.

5.Bidang silinder tak terbatas bermuatan seragam radius R, bermuatan dengan kerapatan linier , di luar silinder ( R>R) ditentukan dengan rumus (15): .

Oleh karena itu, beda potensial antara dua titik yang terletak pada jarak r 1 dan r 2 dari sumbu silinder bermuatan (r 1 > R, r 2 > R) adalah sama dengan

.

Jenis dielektrik. Polarisasi dielektrik

Dielektrik (seperti zat apa pun) terdiri dari atom dan molekul. Muatan positif terkonsentrasi di inti atom, dan muatan negatif terkonsentrasi di kulit elektron atom dan molekul. Karena muatan positif semua inti molekul sama dengan muatan total elektron, molekul secara keseluruhan bersifat netral. Jika kita mengganti muatan positif inti molekul melalui muatan total + Q, terletak di pusat "gravitasi" muatan positif, dan muatan semua elektron - dengan proyektil negatif total - Q terletak di pusat "gravitasi" muatan negatif, maka molekul tersebut dapat dianggap sebagai dipol listrik dengan momen listrik yang ditentukan oleh rumus (80.3).

Kelompok pertama dielektrik (N 2 , H 2 O 2 , CH 4 ..) adalah zat yang molekulnya memiliki struktur simetris, mis. pusat "gravitasi" muatan positif dan negatif tanpa adanya medan listrik eksternal bertepatan dan, akibatnya, momen dipol molekul R sama dengan nol. Molekul dielektrik semacam itu disebut non-polar.Di bawah aksi medan listrik eksternal, muatan molekul non-polar digeser ke arah yang berlawanan (positif di medan, negatif melawan medan) dan molekul memperoleh momen dipol .

Kelompok dielektrik kedua (H 2 O, NH 3 , SO 2 , CO, dll.) adalah zat yang molekulnya memiliki struktur asimetris, mis. pusat "gravitasi" muatan positif dan negatif tidak bertepatan. Dengan demikian, molekul-molekul ini tanpa adanya medan listrik eksternal memiliki momen dipol. Molekul dielektrik semacam itu disebut polar. Namun, dengan tidak adanya medan eksternal, momen dipol molekul polar karena gerakan termal diorientasikan secara acak dalam ruang dan momen yang dihasilkan adalah nol. Jika dielektrik semacam itu ditempatkan di medan eksternal, maka gaya medan ini akan cenderung memutar dipol di sepanjang medan.

Kelompok dielektrik ketiga (NaCl, KCl, KBr, ...) adalah zat yang molekulnya memiliki struktur ionik. Kristal ionik adalah kisi spasial dengan pergantian ion yang benar dari tanda yang berbeda. Dalam kristal ini, tidak mungkin untuk mengisolasi molekul individu, tetapi mereka dapat dianggap sebagai sistem dua