Электрический диполь. Дипольный момент. Поведение диполя в электрическом и магнитном полях

Электрический диполь - это система двух равных по величине и противоположных по знаку точечных электрических зарядов, расположенных на некотором расстоянии друг от друга (плечо диполя).

Дипольный момент (электрический момент) – основная характеристика электрического диполя, представляет собой вектор, равный произведению заряда (q) на плечо диполя (l), направленный от отрицательного заряда к положительному: p=ql, [кулон-метр].

Поместим диполь в однородное электрическое поле напряжённостью Е. На каждый из зарядов диполя действуют силы F₊=qE и F_-= -qE; эти силы противоположно направленны и создают момент пары сил. M=qEsin  = pEsin  или в векторном виде M=pE.

Таким образом, на диполь в однородном электрическом поле действует вращающий момент, зависящий от электрического момента, ориентации диполя в поле и напряжённости поля.

При помещении диполя в неоднородное электрическое поле (к примеру диполь расположен вдоль силовой линии), на него будет действовать сила, зависящая от его электрического момента и степени неоднородности поля dE/dz. Если диполь ориентирован в неоднородном электрическом поле не вдоль силовой линии, то на него дополнительно действует ещё и вращающий момент. Так что свободный диполь практически всегда втягивается в область больших значений напряжённости поля.

При попадании магнитного диполя в магнитное поле его поведение аналогично поведению электрического диполя с электрическим полем, только при расчётах вводят магнитный момент  и вектор магнитной индукции .

 =

Потенциальная энергия постоянного магнитного диполя U= .

12.Диэлектрики. Поляризация диэлектриков. Диэликтрическая проницаемость среды.

Диэлектрики – это тела, которые не проводят электрического тока. Этот термин введен Фарадеем для обозначения веществ, через которые проникают электрические поля, в отличие от металлов, внутри которых электростатического поля нет. К диэлектрикам относятся твердые тела (эбонит, фарфор), жидкости (дистиллированная вода), газы.

При изменении внешних условий (нагревание, воздействие ионизирующих излучений) диэлектрик может проводит электрический ток. Изменение состояния диэлектрика в электрическом поле можно объяснить его молекулярным строением.

Диэлектрики:

- полярные (вода, нитробензол). Молекулы этих диэлектриков не симметричны, «центры масс» их положительных и отрицательных зарядов не совпадают, поэтому такие молекулы обладают электрическим дипольным моментом даже в случаях, когда эл. поля нет. Если диэлектрик поместить в эл. поле, то дипольные моменты молекул стремятся ориентироваться вдоль поля, однако полной ориентации не будет из-за молекулярно-теплового хаотического движения (ориентационная поляризация).

- н еполярные (водород, кислород), молекулы которых в отсутствие эл. поля не имеют дипольных моментов. В таких молекулах заряда электронов и ядер расположены так, что «центры масс» положительных и отрицательных совпадают. Если неполярную молекулу поместить в эл. поле, то разноименные заряды несколько сместятся в противоположные стороны и молекула будет иметь дипольный момент (электронная поляризация).

- кристаллические (NaCl), решетка которых состоит из «+» и «-» ионов. Такой диэлектрик можно рассматривать как совокупность двух «подрешеток», одна из которых заряжена «+», другая- отрицательно. Если диэлектрик поместить в эл. поле, то подрешетки немного сместятся в противоположные стороны и диэлектрик приобретет эл. момент (ионная поляризация).

Все процессы, происходящие в разных диэлектриках при наложении эл. поля, объединяют общим термином - поляризация, то есть, приобретение диэлектриком дипольного момента.

Изменение напряженности эл. поля, в котором находится диэлектрик, будет влиять на состояние его поляризации. Для оценки состояния поляризации диэлектрика вводят величину, называемую поляризованностью, среднее значение которой равно отношению суммарного электрического момента, элемента объема диэлектрика к этому объему. (измеряется в кулонах на квадратный метр)

При отсутствии электрического поля дипольные моменты молекул ориентированы хаотически, и векторная сумма моментов всех n молекул равна нуль.

Диэлектрическая проницаемость среды () – величина показывающая, во сколько раз поле внутри диэлектрика меньше внешнего поля в вакууме. Равна отношению силы взаимодействия зарядов в вакууме к силе взаимодействия этих же зарядов на том же расстоянии в среде: F_o/F= , или F_o= F.