Електричний диполь
Вивчення цього питання має практичне значення, оскільки молекули багатьох речовин є природними диполями. Крім того, окремі органи та біологічні тканини в процесі своєї життєдіяльності створюють електричні поля, схожі з полем диполя. В даному параграфі розглянемо як поле диполя, так і поведінку диполя в зовнішньому електричному полі.
Диполем називають сукупність двох рівних за величиною точкових зарядів q протилежного знака, що знаходяться один від одного на малій відстані l , яку називають плечем диполя. Плечу диполя присвоюють напрямок від заряду -q до заряду +q (мал. 2.4). Лінія, що проходить через електричні заряди, називається віссю диполя. Основна характеристика диполя - електричний (дипольний) момент.
(2.14)
Мал. 2.4.
Електричний момент диполя вимірюють в кулон-метрах ([р] = Кл-м), а дипольні моменти молекул з причини їхніх малих значень - в позасистемних одиницях - Дебаях (Ц): 
Поле, створене диполем.Диполь, в цілому електричне нейтральний, утворює навколо себе електричне поле. На мал. 2.1 зображена картина силових ліній та еквіпотенціальних поверхонь такого поля.
Знайдемо вираз для потенціалу поля, створеного диполем у деякій віддаленій 
точці простору А (мал. 2.5). Оскільки для точкового заряду 
згідно з принципом суперпозиції (2.13) маємо:
(2.15)
Мал. 2.5. Мал. 2.6.
Враховуючи, що відстані до точки А від зарядів 
і 
набагато більші за плече диполя /, можна записати 
;
де α- кут між векторами р і r2. Підставивши ці вирази в (2.15), матимемо:
(2.16)
Застосуємо формулу (2.16) для знаходження різниці потенціалів між двома рівновіддаленими від диполя точками А і В (мал. 2.6).
Проведемо через точку 0 пряму, паралельну до АВ. Нехай γ- кут утворений цією прямою і вектором p, тоді 
Звідки
Отже,
(2.17)
Таким чином, ми бачимо, що різниця потенціалів у двох рівновідцалених від диполя точках пропорційна проекції моменту диполя на пряму, що сполучає ці точки, і залежить від синуса половини кута, під яким видно ці точки.
Отриманий результат дозволяє встановлювати залежність між різницею потенціалів в двох точках поля і параметрами диполя (орієнтацією в просторі, величиною р) і використовується при реєстрації біопотенціалів в електрографії (кардіографії, енцефалографії, міографії тощо).
Диполь в електричному полі.Розглянемо спочатку поведінку диполя в однорідному електричному полі напруженості Е = const. На заряди диполя діє пара сил: 
та 
яка створює обертальний момент (мал. 2.7). Величина цього моменту визначається за формулою:
(2.18)
де 
- кут між векторами Е і р. Таким чином, електричне поле намагається зорієнтувати диполь так, щоб вектори р і Е були співнапрямленими.
Мал. 2.7. Мал. 2.8.
У неоднорідному полі, де напруженість змінюється від точки до точки, диполь не тільки орієнтується вздовж ліній напруженості, а й втягується в область більшої напруженості. Це відбувається за рахунок нерівності сил 
, які діють на позитивний та негативний заряди (мал. 2.8). Чим більша неоднорідність поля (більший градієнт напруженості), тим більша результуюча сила, яка діє на диполь:
(2.19)
Сила F спрямована у бік більшої напруженості і досягає максимального значення, коли 
, тобто коли диполь розміщений вздовж лінії напруженості поля. Існуванням цієї сили пояснюється притягання наелектризованою скляною чи ебонітовою паличкою легких предметів, налипання пилу на наелектризовані поверхні. За рахунок цього ефекту іони в рідких та газоподібних середовищах з полярними молекулами створюють оболонку з молекулярних диполів.
Дата добавления: 2015-06-22; просмотров: 720;