Электрический диполь - система двух, точечных разноименных зарядов (+ и -) находящихся на расстоянии ℓ.
.PNG)
.PNG)
.PNG)
Электрическое поле диполя
Диполь является источником электрического поля, силовые линии и эквипотенциальные поверхности которого изображены на рис. 1.
.PNG)
Центральная эквипотенциальная поверхность представляет собой плоскость, проходящую перпендикулярно плечу диполя через его середину. Все ее точки имеют нулевой потенциал (φ = 0). Она делит электрическое поле диполя на две половины, точки которых имеют соответственно положительные (φ > 0) и отрицательные (φ < 0) потенциалы.
Абсолютная величина потенциала зависит от дипольного момента Р, диэлектрической проницаемости среды ε и от положения данной точки поля относительно диполя. Пусть диполь находится в непроводящей бесконечной среде и некоторая точка А удалена от его центра на расстояние r (рис.2). Обозначим через α угол между вектором Р и направлением на эту точку. Тогда потенциал, создаваемый диполем в точке А, определяется следующей формулой:
.PNG)
Диполь во внешнем электрическом поле
Диполь не только сам является источником электрического поля, но и взаимодействует с внешним электрическим полем, созданным другими источниками.
Диполь в однородном электрическом поле
В однородном электрическом поле напряженностью E на полюса диполя действуют равные по величине и противоположные по направлению силы (рис. 3). Поскольку сумма таких сил равна нулю, поступательного движения они не вызывают. Однако они создают вращательный момент, величина которого определяется следующей формулой:
М = p∙Еsinα, (1) где p - электрический момент диполя
Момент сил М стремится повернуть диполь так, чтобы его электрический момент установился в направлении электрического поля , т.е. этот момент «стремится» расположить диполь параллельно линиям поля.
.PNG)
.PNG)
Формулы (1) и (5) остаются справедливыми и в неоднородном электрическом поле, так как размером диполя пренебрегается по сравнению с характерным размером неоднородности поля.
Диполь в неоднородном электрическом поле
В неоднородном электрическом поле величины сил, действующих на полюсы диполя (силы F+ и F- на рис. 5), неодинаковы, и их сумма не равна нулю. Поэтому возникает равнодействующая сила, втягивающая диполь в область более сильного поля.
Величина втягивающей силы, действующей на диполь, ориентированный вдоль силовой линии, зависит от градиента напряженности и вычисляется по формуле:
F =P∙dE/dx
.PNG)
Формула (6) показывает, что в неоднородном поле на диполь действует сила, направленная в сторону наиболее быстрого уменьшения потенциальной энергии диполя в этом поле. Сила приводит диполь в поступательное движение. Проиллюстрируем данный вывод на конкретных примерах (см. рис. 6).
.PNG)
.PNG)
