Диполь

Диполь (далее Д) (от ди... и греч. pólos - полюс) электрический, совокупность двух равных по абсолютной величине разноименных точечных зарядов, находящихся на некотором расстоянии друг от друга. Основной характеристикой электрического 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. Дный момент определяет электрическое поле Д на большом расстоянии R от Д (R"l), а также воздействие на Д внешнего электрического поля.   Вдали от Д его электрическое поле Е убывает с расстоянием как 1/R3, т. е. быстрее, чем поле точечного заряда (~ 1/R2). Компоненты напряженности поля Е вдоль оси Д (Ep) и в направлении, перпендикулярном к р (E┴), пропорциональны дипольному моменту и в системе единиц СГС (Гаусса) равны:   где J - угол между р и радиусом-вектором R точки пространства, в которой измеряется поле Д; полная напряженность   Т. о., на оси Д при J = 0 напряженность поля вдвое больше, чем при J = 90°; при обоих этих углах оно имеет только компоненту Ep, причем при J = 0 ее направление параллельно р, а при J = 90° - антипараллельно (рис. 2).   Действие внешнего электрического поля на Д также пропорционально величине его дипольного момента. Однородное поле создает вращающий момент М = pE sina  (a - угол между вектором напряженности 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).   Электрическое поле любой нейтральной в целом системы на расстояниях, значительно больших ее размеров, приближенно совпадает с полем эквивалентного Д - электрического 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 электрический Д является хорошим приближением для описания такой системы на больших по сравнению с ее размерами расстояниях. Например, молекулы многих веществ можно приближенно рассматривать как электрический Д (в простейшем случае это молекулы из двух ионов с зарядами противоположных знаков); и молекулы во внешнем электрическом поле, несколько раздвигающем их положительные и отрицательные заряды, приобретают индуцированный (наведенный полем) дипольный момент и становятся микроскопическими Д (см., например, Диэлектрики).   Электрический Д с изменяющимся во времени дипольным моментом (вследствие изменения его длины l или зарядов e) является источником электромагнитного излучения (см. Герца вибратор).   Д Исследование взаимодействий полюсов постоянных (Ш. Кулон, 1785) привело к представлению о существовании зарядов, аналогичных электрическим. Пара таких зарядов, равных по величине и противоположных по знаку, рассматривалась как Д (обладающий дипольным моментом). Позднее было установлено, что зарядов не существует и что поля создаются движущимися электрическими зарядами, т. е. электрическими токами (см. Ампера теорема). Однако понятие о дипольном моменте оказалось целесообразным сохранить, поскольку на больших расстояниях от замкнутых проводников, по которым протекают токи, поля оказываются такими же, как если бы их порождали Д ( поле Д на больших расстояниях от Д рассчитывается по тем же формулам, что и электрическое поле Д электрического, причем электрический момент диполя нужно заменить моментом тока). момент системы токов определяется силой и распределением токов. В простейшем случае тока , текущего по круговому контуру (витку) радиуса а, момент в системе СГС равен р = /c, где = pа2 - площадь витка, а единичный вектор n, проведенный из центра витка, направлен так, что с его конца ток виден текущим против часовой стрелки (рис. 5), с - скорость света.   Аналогию между Д и витком с током можно проследить и при рассмотрении действия поля на ток. В однородном поле на виток с током действует момент сил, стремящийся ориентировать виток так, чтобы его момент был направлен по полю; в неоднородном поле такие замкнутые токи ("магнитные Д") втягиваются в область с большей напряженностью поля. На взаимодействии неоднородного поля с Д основано, например, разделение частиц с различными моментами - ядер, или молекул ( моменты которых обусловлены движением входящих в их состав заряженных элементарных частиц, а также моментами, связанными со спинами частиц). Пучок частиц, проходя через неоднородное поле, разделяется, т.к. поле сильнее изменяет траектории частиц с большим моментом.   Однако аналогия между Д и витком с током (теорема эквивалентности) не является полной. Так, например, в центре кругового витка напряженность поля не только не равна напряженности поля "эквивалентного" Д, но даже противоположна ей по направлению (рис. 6). силовые линии (в отличие от электрических силовых линий, которые начинаются и кончаются на зарядах) являются замкнутыми.   Лит.: Фейнман ., Лейтон Р., Сэндс М., Фейнмановские лекции по физике, в. 5. Электричество и магнетизм, (пер. с англ.), М., 1966, гл. 6; Калашников С. Г., Электричество, М., 1956, § 17 (Общий курс физики, т. 2); Киренский Л. В., Магнетизм, 2 изд., М., 1967; Тамм И. Е., Основы теории электричества, 7 изд., М., 1957.   Г. Я. Мякишев, В. И. Григорьев. Рис. 4. Электрический диполь в неоднородном электрическом поле Е в частном случае, когда момент диполя p направлен по полю (сгущению силовых линий соответствует большая напряженность поля). 1, 2 - силы, действующие со стороны поля на заряды +е и -e: 2>1 и результирующая сила =2-1 стремится переместить диполь в область большей напряженности внешнего поля. Рис. 1. Электрический диполь: заряды -е и +е на расстоянии l друг от друга. Дный момент диполя р = el полностью определяет электрическое поле диполя на расстояниях R>>. Рис. 3. На диполь в однородном внешнем электрическом поле Е действует пара сил (-, +), которая создает вращающий момент, стремящийся повернуть диполь в направлении поля.