ДИПОЛЬ

ДИПОЛЬ

       

(от греч. di — приставка, означающая дважды, двойной, и polos — полюс) электрический, совокупность двух равных по абс. величине разноимённых точечных зарядов (+е, -е), находящихся на нек-ром расстоянии l друг от друга. Осн. хар-кой электрич. Д. явл. его дипольный момент (ДМ) — вектор р, численно равный произведению l на е:p=el; принято считать, что вектор р направлен от отрицат. заряда (-е) к положительному (+е; рис. 1).

Рис. 1.

ДМ определяет электрич. поле Д. на большом расстоянии R от Д. (R->l), а также воздействие на Д. внеш. электрич. поля.

Вдали от Д. напряжённость его электрич. поля Е убывает с расстоянием как 1/R3, т. е. быстрее, чем поле точечного заряда (=-1/R2). Компоненты напряжённости поля Е вдоль оси Д. (Eр) и в перпендикулярном направлении (Е?) пропорциональны р и в Гаусса системе единиц равны:

где О — угол между р и радиусом-вектором R точки пр-ва, в к-рой измеряется поле Д.; полная напряжённость Е=?(Е2р+E2?). Т. о., на оси Д., т. е. при q=0, Ер вдвое больше, чем при q=90° (Е?=0 в обоих случаях); направление Ер в первом случае параллельно р, во втором — антипараллельно (рис. 2).

Рис. 2. Электрич. поле диполя: E — напряжённость поля в точке А, находящейся на расстоянии R от центра диполя; Ep и E? — параллельная и перпендикулярная оси диполя компоненты поля Е.

Действие внеш. электрич. поля на Д. также пропорц. р. Однородное внеш. электрич. поле Е создаёт вращающий момент M=pEsina (a — угол между Е и р; рис. 3), стремящийся повернуть Д. так, чтобы его ДМ был направлен по полю. В неоднородном электрич. поле на Д., кроме вращающего момента, действует также сила, стремящаяся втянуть Д. в область более сильного поля (рис. 4).

Электрич. поле любой в целом нейтр. системы на расстояниях, значительно больших её размеров, приближённо совпадает с полем эквивалентного Д.— электрич. полем Д. с таким же ДМ, как и у системы зарядов. Поэтому во мн. случаях электрич. Д. явл. хорошим приближением для описания таких систем на расстояниях, значительно превышающих размеры системы (см. ИЗЛУЧЕНИЕ). Напр., полярные молекулы можно приближённо рассматривать как электрич. Д.

Рис. 3. Электрич. диполь в однородном внеш. электрич. поле Е. Пара сил -F и +F стремится повернуть диполь в направлении поля.

Рис. 4. Электрич. диполь в неоднородном электрич. поле в случае, когда ДМ р направлен по полю. Сила F2 больше силы F1 результирующая сила F=F2-F1 стремится переместить диполь в область большей напряжённости внеш. поля.

Рис. 5. Магн. момент р кругового тока I радиуса а.

Атомы, неполярные молекулы и ионы в электрич. поле приобретают ДМ, т. к. составляющие их заряж. ч-цы несколько смещаются под действием внеш. поля (см. ПОЛЯРИЗУЕМОСТЬ).

Электрич. Д. с изменяющимся во времени ДМ (вследствие изменения его длины или зарядов) явл. источником эл.-магн. излучения.

Д. магнитный. Исследование вз-ствий полюсов пост. магнитов (франц. физик Ш. Кулон, 1785) привело к представлению о существовании магн. зарядов. Пара таких зарядов, равных по величине и противоположных по знаку, рассматривалась как магн. Д., обладающий магн. ДМ. Позднее было установлено, что магн. зарядов не существует, а магн. поля создаются движущимися электрич. зарядами. Однако понятие «магн. ДМ» оказалось целесообразным сохранить, поскольку на больших расстояниях от замкнутых проводников с током магн. поля оказались такими же, как если бы их порождали магн. Д. Поле магн. Д. на больших расстояниях от Д. рассчитывается по тем же ф-лам, что и поле электрич. Д., причём с заменой электрич. ДМ на магн. момент тока. Магн. момент системы токов определяется силой и распределением токов. В простейшем случае тока I, текущего по круговому контуру (витку) радиуса а, магн. момент в системе Гаусса равен:

р= ISn/c,

где S=na2 — площадь витка, а n — единичный вектор, перпендикулярный плоскости витка и направленный так, что с его конца ток виден текущим против часовой стрелки (рис. 5).

Аналогию между магн. Д. и витком с током можно проследить при рассмотрении действия магн. поля на ток. В однородном магн. поле на виток с током действует момент сил, стремящийся ориентировать виток так, чтобы его магн. момент был направлен по полю; в неоднородном магн. поле такие замкнутые токи («магн. Д.») втягиваются в область с большей напряжённостью поля. На вз-ствии неоднородного магн. поля с магн. Д. основано, напр., разделение ч-ц с разл. магн. моментами — ат. ядер, атомов, молекул. Пучок ч-ц, проходя через неоднородное магн. поле, разделяется, т. к. поле сильнее изменяет траектории ч-ц с большим магн. моментом.

Вблизи от витка с током аналогия его с магн. Д. (теорема эквивалентности) несправедлива. Так, напр., в центре кругового витка напряжённость магн. поля не только не равна напряжённости поля эквивалентного Д., но даже противоположна ей по направлению (рис. 6).

Рис. 6. Магн. поле вблизи кругового тока I (а) и магн. поля (б); на больших расстояниях поля одинаковы.

Физический энциклопедический словарь. — М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1983.