Диполь
 
а б в г д е ж з и й к л м н о п р с т у ф х ц ч ш щ ъ ы ь э ю я
 

Диполь

Диполь (від ді... і греч.(грецький) pólos — полюс) електричний, сукупність двох рівних по абсолютній величині різнойменних точкових зарядів, що знаходяться на деякій відстані один від одного. Основною характеристикою електричного Д. є його дипольний момент — вектор, направлений від негативного заряду до позитивного ( мал. 1 ) і чисельно рівний твору заряду е на відстань l між зарядами: р = el . Дипольний момент визначає електричне поле Д. на великій відстані R від Д. ( R»l ), а також дія на Д. зовнішнього електричного поля.

загрузка...

  Далеко від Д. його електричне поле Е убуває з відстанню як 1/ R 3 , тобто швидше, ніж поле точкового заряду (~ 1/ R 2 ). Компоненти напруженості поля Е уздовж осі Д. ( E p ) і в напрямі, перпендикулярному до р ( E ), пропорційні дипольному моменту і в системі одиниць СГС (Гауса) рівні:

 

де J — кут між р і радіусом-вектором R точки простору, в якій вимірюється поле Д.; повна напруженість

 

Т. о., на осі Д. при J = 0 напруженість поля удвічі більше, чим при J = 90°; при обох цих кутах воно має лише компоненту E p , причому при J = 0 її напрям паралельний р , а при J = 90° — антіпараллельно ( мал. 2 ).

  Дія зовнішнього електричного поля на Д. також пропорційно величині його дипольного моменту. Однорідне поле створює момент М-коду , що обертає = pe sin а, прагнучий обернути Д. так, щоб його дипольний момент був направлений по полю. У неоднорідному електричному полі на Д., окрім моменту, що обертає, діє також сила, прагнуча втягнути Д. у область сильнішого поля ( мал. 4 ).

  Електричне поле будь-якої нейтральної в цілому системи на відстанях, значно великих її розмірів, приблизно збігається з полем еквівалентного Д. — електричного Д. з таким же дипольним моментом, як і в системи зарядів (тобто поле на великих відстанях від системи нечутливо до деталей розподілу зарядів). Тому у багатьох випадках електричний Д. є хорошим наближенням для опису такої системи на великих в порівнянні з її розмірами відстанях. Наприклад, молекули багатьох речовин можна приблизно розглядати як електричний Д. (у простому випадку це молекули з двох іонів із зарядами протилежних знаків); атоми і молекули в зовнішньому електричному полі, декілька що розсовує їх позитивні і негативні заряди, набувають індукованого (наведений полемо) дипольного моменту і стають мікроскопічними Д. (див., наприклад, Діелектрики ).

  Електричний Д. з дипольним моментом (унаслідок зміни його довжини l або зарядів e ), що змінюється в часі, є джерелом електромагнітного випромінювання (див. Герца вібратор ).

  Д. магнітний. Дослідження взаємодій полюсів постійних магнітів (Ш. Кулон, 1785) привело до уявлення про існування магнітних зарядів, аналогічних електричним. Пара таких магнітних зарядів, рівних по величині і протилежних по знаку, розглядалася як магнітний Д. (що володіє магнітним дипольним моментом). Пізніше було встановлено, що магнітних зарядів не існує і що магнітні поля створюються рухомими електричними зарядами, тобто електричними струмами (див. Ампера теорема ). Проте поняття про магнітний дипольний момент виявилося доцільним зберегти, оскільки на великих відстанях від замкнутих провідників, по яких протікають струми, магнітні поля виявляються такими ж, неначебто їх породжували магнітні Д. (магнітне поле Д. магнітного на великих відстанях від Д. розраховується по тих же формулах, що і електричне поле Д. електричного, причому електричний момент диполя потрібно замінити магнітним моментом струму). Магнітний момент системи струмів визначається силоміць і розподілом струмів. У простому випадку струму I , поточного по круговому контуру (витку) радіусу а , магнітний момент в системі СГС рівний р = Isn/c , де S = p а 2 — площа витка, а одиничний вектор n , проведений з центру витка, направлений так, що з його кінця струм видно поточним проти годинникової стрілки, з — швидкість світла.

  Аналогію між магнітним Д. і витком із струмом можна прослідити і при розгляді дії магнітного поля на струм. У однорідному магнітному полі на виток із струмом діє момент сил, прагнучий орієнтувати виток так, щоб його магнітний момент був направлений по полю; у неоднорідному магнітному полі такі замкнуті струми («магнітні Д.») втягуються в область з більшою напруженістю поля. На взаємодії неоднорідного магнітного поля з магнітним Д. засновано, наприклад, розділення часток з різними магнітними моментами — ядер, атомів або молекул (магнітні моменти яких обумовлені рухом вхідних в їх склад заряджених елементарних часток, а також магнітними моментами, пов'язаними з спинами часток). Пучок часток, проходячи через неоднорідне магнітне поле, розділяється, т.к. поле сильніше змінює траєкторії часток з великим магнітним моментом.

  Проте аналогія між магнітним Д. і витком із струмом (теорема еквівалентності) не є повній. Так, наприклад, в центрі кругового витка напруженість магнітного поля не лише не дорівнює напруженості поля «еквівалентного» Д., але навіть протилежна до неї по напряму ( мал. 6 ). Магнітні силові лінії (на відміну від електричних силових ліній, які починаються і кінчаються на зарядах) є замкнутими.

  Літ.: Фейнман P., Лейтон Р., Сендс М., Фейнмановськие лекції з фізики, ст 5. Електрика і магнетизм, [пер. з англ.(англійський)], М., 1966, гл.(глав) 6; Калашников С. Р., Електрика, М., 1956 § 17 (Загальний курс фізики, т. 2); Киренський Л. Ст, Магнетизм, 2 видавництва, М., 1967; Тамм І. Е., Основи теорії електрики, 7 видавництво, М., 1957.

  Р. Я. Мякишев, Ст І. Грігорьев.

Мал. 2. Електричне поле диполя, змальоване за допомогою силових ліній. У точці спостереження А, що знаходиться на відстані R від центру диполя (R>> l ), поле Е (направлене по дотичній до силової лінії) розкладене на 2 компоненти: E p — паралельну осі диполя і E — перпендикулярну до неї.

Мал. 4. Електричний диполь в неоднорідному електричному полі Е в окремому випадку, коли момент диполя p направлений по полю (згущуванню силових ліній відповідає велика напруженість поля). F 1 , F 2 — сили, поля, що діють з боку, на заряди +е і -і: F 2 >F 1 і результуюча сила F=f 2 -F 1 прагне перемістити диполь в область більшої напруженості зовнішнього поля.

Мал. 6. Магнітне поле поблизу кругового струму I (а) і магнітного диполя (б); на великих відстанях поля однакові.

Мал. 1. Електричний диполь: заряди - е і + е на відстані l один від одного. Дипольний момент диполя р = el повністю визначає електричне поле диполя на відстанях R>> I .

Мал. 3. На диполь в однорідному зовнішньому електричному полі Е діє пара сил (-f +F), яка створює момент, що обертає, прагнучий обернути диполь у напрямі поля.

Мал. 5. Магнітний момент кругового струму.