誘電体内の点電荷

Question

誘電体内に点電荷を置いたらどのような力が点電荷に働くのかという問題なのですが、なぜbの様になるかが分かりません。
誘電体内に置いたら点電荷の周りに-の電荷が集まりそうなのですが、どこが違うのか教えてください。

yhr2 · Accepted Answer

No.1 です。「補足」について。

＞点電荷の近くにある-電荷はどうなるのですか？

どうにもなりません。そこに存在します。動くことはできません。
動くことはできないので、電荷 +Q と打ち消し合って電荷が「減る」ことはありませんが、電荷Qがその周りに作る電場を弱めることになります。

tknakamuri · Answer

(a)の図に+と-が対になっているものが描かれてますよね。
絶縁体の分子/原子は電場の中に置くと2つ電荷の対が現れます。
この現象を分極といいます。
水分子のように最初から分子内が+と-に分かれている分子もあるし
電場を加えて初めて+と-に分かれるものもあります。

絶縁体の電荷は大きく動けないので、電荷の動きこの分極だけです。
最初から分子内が十とーに分かれている場合、電場をかけると
分子の分極の「方向」が揃います。

物質の内部では+と-が角つきあわせているので
電荷は相殺されて何の効果も有りませんが、絶縁体の端では、
分極の電荷の片われが露出して図のようになる訳です。

(b)も全く同じ理屈で、絶縁体内に分極は生じていますが
電荷の偏りは現れません。電荷は絶縁体の端に現れます。
それしか出来ないのです。

yhr2 · Answer

＞誘電体内に置いたら点電荷の周りに-の電荷が集まりそうなのですが

「誘電体」とは、要するに「不導体」であって、電荷は移動できません。その場で「向きを変える」ことしかできないのです。
まあ、固体内の「原子」の中で、「原子核」と「電子」の位置が偏る程度にしか動けない、という状況を想像してください。

「導体」なら自由電子が境界面ぎりぎりまで移動できますけどね。（反対側に「正電荷」があって引き合うので、適当量の電荷が移動したところで平衡しますが）

No.1 です。