Поведение электрического диполя во внешнем электрическом поле

Теперь изучим поведение диполя во внешнем электрическом поле. Пусть диполь помещен в однородное электрическое поле (см. рис. 1.16).

На диполь действует момент электрической силы

(1.44)

где , , , откуда или

(1.45)

где электрический момент диполя .

Рис. 1.16. Диполь в однородном поле

Момент сил (1.45) стремится повернуть диполь так, чтобы его электрический момент установился в направлении электрического поля .

Найдем потенциальную энергию, которой обладает диполь во внешнем электрическом поле (см. рис. 1.17):

(1.46)

Рис. 1.17. К расчету потенциальной энергии диполя во внешнем поле

Потенциал однородного поля убывает линейно в направлении вектора . Поэтому

(1.47)

Подставим (1.47) в (1.46), найдем

(1.48)

или в векторных обозначениях

(1.49)

Формулы (1.45) и (1.49) остаются справедливыми и в неоднородном электрическом поле, так как размером диполя пренебрегается по сравнению с характерным размером неоднородности поля.

В неоднородном внешнем электрическом поле на диполь действует сила

(1.50)

Формула (1.50) 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. 1.18).

Рис. 1.18. Поведение диполя в неоднородном поле

В случае рис. 1.18, а диполь втягивается в область более сильного поля, так как , и сила , действующая на диполь, направлена слева направо. Аналогично можно показать, что диполь, ориентированный против поля, выталкивается из поля. В случае рис. 1.18, б сила , действующая на диполь, направлена вверх (в направлении ослабления поля) – диполь смещается вверх, параллельно самому себе.