ДИПОЛЬ

ДИПОЛЬ (от ди... и греч. polos -полюс) электрический, совокупность двух равных по абс. величине разноимённых точечных зарядов, находящихся на нек-ром расстоянии друг от друга. Основной характеристикой электрич. Д. является его дипольный момент -вектор, направленный от отрицательного заряда к положительному (рис. 1) и численно равный произведению заряда е на расстояние l между зарядами: р = el. Дипольный момент определяет электрич. поле Д. на большом расстоянии R от Д. (R>>l), а также воздействие на Д. внешнего электрич. поля.

Рис. 1. Электрический диполь: заряды - е и +е на расстоянии l друг от друга. Дипольный момент диполя р = el полностью определяет электрическое поле диполя на расстояниях R>>l.

Вдали от Д. его электрич. поле Е убывает с расстоянием как 1/R³, т. е. быстрее, чем поле точечного заряда (~ 1/R²). Компоненты напряжённости поля Е вдоль оси Д. (Е_р) и в направлении, перпендикулярном к р (E|), пропорциональны ди-польному моменту и в системе единиц СГС (Гаусса) равны:

где O - угол между р и радиусом-вектором R точки пространства, в к-рой измеряется поле Д.; полная напряжённость

O = 0 напряжённость поля вдвое больше, чем при O = 90°; при обоих этих углах оно имеет только компоненту Е_р, причём при O = 0 её направление параллельно р, а при O = 90° - антипараллельно (рис. 2).

Действие внешнего электрич. поля на Д. также пропорционально величине его дипольного момента. Однородное поле создаёт вращающий момент М = рЕ sin a (а - угол между вектором напряжённости внешнего электрического поля Е и дипольным моментом р; рис. 3), стремящийся повернуть Д. так, чтобы его дипольный момент был направлен по полю. В неоднородном электрическом поле на Д., кроме вращающего момента, действует также сила, стремящаяся втянуть Д. в область более сильного поля (рис. 4).

Рис. 2. Электрическое поле диполя, изображённое с помощью силовых линий. В точке наблюдения A, находящейся на расстоянии R от центра диполя CR2>0, поле Е (направленное по касательной к силовой линии) разложено на 2 компоненты: Е_р - параллельную оси диполя и Е| - перпендикулярную к ней.

Рис. 3. На диполь в однородном внешнем электрическом поле Е действует пара сил (-F, +F), к-рая создаёт вращающий момент, стремящийся повернуть диполь в направлении поля.

Рис. 4. Электрический диполь в неоднородном электрическом поле Е в частном случае, когда момент диполя р направлен по полю (сгущению силовых линий соответствует большая напряжённость поля). F₁, F₂ - силы, действующие со стороны поля на заряды +е и -е; F₂>F₁, и результирующая сила F=F₂-F₁стремится переместить диполь в область большей напряжённости внешнего поля.

Электрич. поле любой нейтральной в целом системы на расстояниях, значительно больших её размеров, приближённо совпадает с полем эквивалентного Д.- электрич. Д. с таким же дипольным моментом, как и у системы зарядов (т. е. поле на больших расстояниях от системы нечувствительно к деталям распределения зарядов). Поэтому во многих случаях электрич. Д. является хорошим приближением для описания такой системы на больших по сравнению с её размерами расстояниях. Напр., молекулы многих веществ можно приближённо рассматривать как электрич. Д. (в простейшем случае это молекулы из двух ионов с зарядами противоположных знаков); атомы и молекулы во внешнем электрич. поле, несколько раздвигающем их положит. и отрицат. заряды, приобретают индуцированный (наведённый полем) дипольный момент и становятся микро-скопич. Д. (см., напр., Диэлектрики).

Электрич. Д. с изменяющимся во времени дипольным моментом (вследствие изменения его длины l или зарядов е) является источником электромагнитного излучения (см. Герца вибратор).

Д. магнитный. Исследование взаимодействий полюсов постоянных магнитов (Ш. Кулон, 1785) привело к представлению о существовании магнитных зарядов, аналогичных электрическим. Пара таких магнитных зарядов, равных по величине и противоположных по знаку, рассматривалась как магнитный Д. (обладающий магнитным дипольным моментом). Позднее было установлено, что магн. зарядов не существует и что магн. поля создаются движущимися электрич. зарядами, т. е. электрич. токами (см. Ампера теорема). Однако понятие о магнитном дипольном моменте оказалось целесообразным сохранить, поскольку на больших расстояниях от замкнутых проводников, по к-рым протекают токи, магнитные поля оказываются такими же, как если бы их порождали магнитные Д. (магнитное поле Д. магнитного на больших расстояниях от Д. рассчитывается по тем же формулам, что и электрич. поле Д. электрического, причём электрич. момент диполя нужно заменить магнитным моментом тока). Магнитный момент системы токов определяется силой и распределением токов. В простейшем случае тока l, текущего по круговому контуру (витку) радиуса а, магнитный момент в системе СГС равен р = ISn/c, где S = па² - площадь витка, а единичный вектор п, проведённый из центра витка, направлен так, что с его конца ток виден текущим против часовой стрелки (рис. 5), с - скорость света.

Аналогию между магнитным Д. и витком с током можно проследить и при рассмотрении действия магнитного поля на ток. В однородном магнитном поле на виток с током действует момент сил, стремящийся ориентировать виток так, чтобы его магнитный момент был направлен по полю; в неоднородном магнитном поле такие замкнутые токи ("магнитные Д.") втягиваются в область с большей напряжённостью поля.

Рис. 5. Магнитный момент кругового тока.

На взаимодействии неоднородного магнитного поля с магнитным Д. основано, напр., разделение частиц с различными магнитными моментами - ядер, атомов или молекул (магнитные моменты к-рых обусловлены движением входящих в их состав заряженных элементарных частиц, а также магнитными моментами, связанными со спинами частиц). Пучок частиц, проходя через неоднородное магнитное поле, разделяется, т. к. поле сильнее изменяет траектории частиц с большим магнитным моментом.

Однако аналогия между магнитным Д. и витком с током (теорема эквивалентности) не является полной. Так, напр., в центре кругового витка напряжённость магнитного поля не только не равна напряжённости поля "эквивалентного* Д., но даже противоположна ей по направлению (рис. 6). Магнитные силовые линии (в отличие от электрич. силовых линий, к-рые начинаются и кончаются на зарядах) являются замкнутыми.

Рис. 6. Магнитное поле вблизи кругового тока I (а) и магнитного диполя (б); на больших расстояниях поля одинаковы.

Лит.: Фейнман Р., Лейтон Р., Сэндс М., Фейнмановские лекции по физике, в. 5. Электричество п магнетизм, [пер. с англ.], М., 1966, гл. 6; Калашников С. Г., Электричество, М., 1956, § 17 (Общий курс физики, т. 2); Киренскиq Л. В., Магнетизм, 2 изд., М., 1967; Тамм И. Е., Основы теории электричества, 7 изд., М., 1957.

Г. Я. Мякишев, В. И. Григорьев.

Смотреть больше слов в «Большой советской энциклопедии»

ДИПОЛЬНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ →← ДИПОДИЯ

ДИПОЛЬ

Синонимы слова "ДИПОЛЬ":

Смотреть что такое ДИПОЛЬ в других словарях:

Рекомендуем посмотреть: