Что такое диполь в физике
Перейти к содержимому

Что такое диполь в физике

  • автор:

Электрический диполь

Маленькое изображение

Сначала возьмем два точечных заряда +q и –q, разделенных промежутком d. Проведем ось z через заряды, а начало координат поместим посредине между ними (фиг. 6.1). Тогда по формуле (4.24) потенциал системы двух зарядов дается выражением

Маленькое изображение

Мы не собираемся выписывать формулу для электрического поля, но всегда при желании можем это сделать, раз мы знаем потенциал. Так что задача двух зарядов решена.

Существует важный частный случай этой задачи, когда заряды расположены близко друг к другу, иными словами, когда нас интересует поле на таких расстояниях от зарядов, что по сравнению с ними промежуток между зарядами кажется незначительным. Такую тесную пару зарядов называют диполем. Диполи встречаются очень часто.

«Дипольную» антенну можно часто приближенно рассматривать как два заряда, разделенные небольшим расстоянием (если нас не интересует поле у самой антенны). (Обычно интерес представляют антенны с движущимися зарядами; уравнения статики тогда неприменимы, но для некоторых целей они все же представляют весьма сносное приближение.)

Важнее, пожалуй, диполи атомные. Если в каком-то веществе есть электрическое поле, то электроны и протоны испытывают влияние противоположных сил и смещаются друг относительно друга. Выпомните,что в проводнике некоторые электроны сдвигаются к поверхности, так что внутреннее поле обращается в нуль. В изоляторе электроны не могут сильно разойтись; им мешает притяжение ядра. И все же они как-то смещаются. Так что хотя атом (или молекула) и остается нейтральным, во внешнем электрическом поле все же возникает еле заметное разделение положительных и отрицательных зарядов, и атом становится микроскопическим диполем. Если нам нужно знать поле этих атомных диполей поблизости от предмета обычных размеров, то мы имеем дело с расстояниями, большими по сравнению с промежутками между зарядами.

Маленькое изображение

В некоторых молекулах из-за самой их формы заряды несколько разделены даже в отсутствие внешних полей. В молекуле воды, например, имеется отрицательный заряд на атоме кислорода и положительный заряд на обоих атомах водорода, которые расположены несимметрично (фиг. 6.2). Хоть заряд всей молекулы равен нулю, все же имеется распределение заряда с небольшим преобладанием отрицательного заряда на одной стороне и положительного на другой. Это расположение, конечно, не такое простое, как у двух точечных зарядов, но если смотреть на него издалека, оно действует как диполь. Как мы увидим чуть позже, поле на больших расстояниях нечувствительно к мелким деталям расположения.

Взглянем теперь на поле двух зарядов противоположных знаков, расстояние d между которыми мало. Если d станет нулем, два заряда сойдутся в одном месте, два потенциала сократятся, поле исчезнет. Но если они не совсем слились, то можно получить хорошее приближение к потенциалу, разложив слагаемые в (6.8) в ряд по степеням малой величины d (по формуле бинома Ньютона). Оставляя только первые степени d, мы напишем

Маленькое изображение
Маленькое изображение
Маленькое изображение

ДИПО́ЛЬ-ДИПО́ЛЬНОЕ ВЗАИМОДЕ́ЙСТВИЕ

ДИПО́ЛЬ-ДИПО́ЛЬНОЕ ВЗА­И­МО­ДЕ́Й­СТВИЕ, взаи­мо­дей­ст­вие час­тиц (или мно­го­час­тич­ных сис­тем), ка­ж­дая из ко­то­рых об­ла­да­ет ди­поль­ным мо­мен­том . Ес­ли два элек­трич. ди­по­ля с ди­поль­ны­ми мо­мен­та­ми $\boldsymbol$ и $\boldsymbol $ рас­по­ло­же­ны на рас­стоя­нии $r$ друг от дру­га, то на­пря­жён­ность $\boldsymbol E$ элек­трич. по­ля, соз­да­вае­мо­го пер­вым ди­по­лем в точ­ке, где на­хо­дит­ся вто­рой ди­поль, рав­на $$\boldsymbol E=\frac.$$ При этом со сто­ро­ны по­ля $\boldsymbol E$ на ди­поль дей­ст­ву­ет не толь­ко си­ла, но так­же мо­мент си­лы, стре­мя­щий­ся из­ме­нить на­прав­ле­ние ди­поль­но­го мо­мен­та. Энер­гия $W$ взаи­мо­дей­ст­вия двух ди­по­лей с мо­мен­та­ми $\boldsymbol p_1$ и $\boldsymbol p_2$ рав­на $$W=\frac<(\boldsymbol p_1 \boldsymbol p_2)r^2-3(\boldsymbol P_1 \boldsymbol r)(\boldsymbol p_2 \boldsymbol r)>.$$ Эта ве­ли­чи­на за­ви­сит от вза­им­но­го рас­по­ло­же­ния ди­поль­ных мо­мен­тов. Напр., ес­ли ди­поль­ные мо­мен­ты $\boldsymbol p_1$ и $\boldsymbol p_2$ и век­тор $\boldsymbol r$ ле­жат на од­ной пря­мой, то энер­гия взаи­мо­дей­ст­вия ми­ни­маль­на в слу­чае, ко­гда ди­поль­ные мо­мен­ты па­рал­лель­ны. Ес­ли же ди­поль­ные мо­мен­ты пер­пен­ди­ку­ляр­ны век­то­ру $\boldsymbol r$ , то ми­ни­маль­ная энер­гия взаи­мо­дей­ст­вия со­от­вет­ст­ву­ет ан­ти­па­рал­лель­но­му рас­по­ло­же­нию ди­поль­ных мо­мен­тов.

Диполь (электродинамика)

Магнитное поле Земли примерно совпадает с полем диполя. Однако «N» и «S» (северный и южный) полюса отмечены «географически», то есть противоположно принятому обозначению для полюсов магнитного диполя.

У этого термина существуют и другие значения, см. Диполь.

Дипо́ль — идеализированная система, служащая для приближённого описания поля, создаваемого вообще говоря более сложными системами зарядов, а также для приближенного описания действия внешнего поля на такие системы. Дипольное приближение, выполнение которого обычно подразумевается, когда говорится о поле диполя, основано на разложении потенциалов поля в ряд по степеням радиус-вектора, характеризующего положение зарядов-источников, и отбрасывании всех членов выше первого порядка [1] . Полученные функции будут эффективно описывать поле в случае, если:

  1. размеры излучающей поле системы малы по сравнению с рассматриваемыми расстояниями, так что отношение характерного размера системы к длине радиус-вектора является малой величиной и имеет смысл рассмотрение лишь первых членов разложения потенциалов в ряд;
  2. член первого порядка в разложении не равен 0, в противном случае нужно использовать приближение более высокой мультипольности;
  3. в уравнениях рассматриваются градиенты потенциалов не выше первого порядка.

Типичный пример диполя — два заряда, равных по величине и противоположных по знаку, находящихся друг от друга на расстоянии, очень малом по сравнению с расстоянием до точки наблюдения. Поле такой системы полностью описывается дипольным приближением.

Дипольный момент системы

Эквипотенциальные поверхности электрического диполя

Электрический диполь

Силовые линии электрического диполя

Электрический диполь — идеализированная электронейтральная система, состоящая из точечных и равных по абсолютной величине положительного и отрицательного электрических зарядов.

Другими словами, электрический диполь представляет собой совокупность двух равных по абсолютной величине разноимённых точечных зарядов, находящихся на некотором расстоянии друг от друга

Произведение вектора \vec l,проведённого от отрицательного заряда к положительному, на абсолютную величину зарядов q\,,называется дипольным моментом: \vec d=q\vec l.

Во внешнем электрическом поле \vec Eна электрический диполь действует момент сил <\vec d>\times,» width=»» height=»» /> который стремится повернуть его так, чтобы дипольный момент развернулся вдоль направления поля.</p><div class='code-block code-block-7' style='margin: 8px 0; clear: both;'> <!-- 7paikmaster --> <script src=

-<\vec E></p> <p>Потенциальная энергия электрического диполя в (постоянном) электрическом поле равна \cdot.» width=»» height=»» /> (В случае неоднородного поля это означает зависимость не только от момента диполя — его величины и направления, но и от места, точки нахождения диполя).</p> <p>Вдали от электрического диполя напряжённость его электрического поля убывает с расстоянием <img decoding=как R^<-3>,» width=»» height=»» /> то есть быстрее, чем у точечного заряда (<img decoding=

Любая в целом электронейтральная система, содержащая электрические заряды, в некотором приближении (то есть собственно в дипольном приближении) может рассматриваться как электрический диполь с моментом \vec d = \sum_i q_i <\vec r>_i,» width=»» height=»» /> где <img decoding=— заряд i-го элемента, <\vec r>_i» width=»» height=»» /> — его радиус-вектор. При этом дипольное приближение будет корректным, если расстояние, на котором изучается электрическое поле системы, велико по сравнению с её характерными размерами.</p> <h4>Магнитный диполь</h4> <p><b>Магнитный диполь</b> — аналог электрического, который можно представить себе как систему двух «магнитных зарядов» (эта аналогия условна, так как магнитных зарядов, с точки зрения современной электродинамики, не существует). В качестве модели магнитного диполя можно рассматривать небольшую (по сравнению с расстояниями, на которых изучается генерируемое диполем магнитное поле) плоскую замкнутую проводящую рамку площади <img decoding=по которой течёт ток I\,.При этом магнитным моментом диполя (в системе СГСМ) называют величину <\vec \mu>= I S ,» width=»» height=»» /> где <img decoding= — единичный вектор, направленный перпендикулярно плоскости рамки в том направлении, при наблюдении в котором ток в рамке представляется текущим по часовой стрелке.

Выражения для вращающего момента \vec M, действующего со стороны магнитного поля на магнитный диполь, и потенциальной энергии постоянного магнитного Uдиполя в магнитном поле, аналогичны соответствующим формулам для взаимодействия электрического диполя с электрическим полем, только входят туда магнитный момент \vec mи вектор магнитной индукции \vec B:

\vec M = \vec m \times \vec B, U = - \vec m \cdot \vec B.

Поле колеблющегося диполя

\mathbf<d></p> <p>В этом разделе рассматривается поле, создаваемое точечным электрическим диполем (t),» width=»» height=»» /> находящимся в заданной точке пространства.</p> <h4>Поле на близких расстояниях</h4> <p>Поле точечного диполя, колеблющегося в вакууме, имеет вид</p><div class='code-block code-block-10' style='margin: 8px 0; clear: both;'> <!-- 10paikmaster --> <script src=

\mathbf= \frac (\mathbf, \mathbf)-\mathbf> + \frac (\mathbf, \dot<\mathbf>) — \dot<\mathbf>> + \frac < \mathbf(\mathbf, \ddot<\mathbf>) — \ddot<\mathbf>>» width=»» height=»» /> <img decoding=— скорость света.

Этим выражениям можно придать несколько другую форму, если ввести вектор Герца

\mathbf<Z></p> <p> = — \frac \cdot \mathbf\left(t-\frac\right).» width=»» height=»» /></p> <p><img decoding=

\mathbf<E>= — \operatorname\,\operatorname\,\mathbf,» width=»» height=»» /> <img decoding=

>>, ~~ \phi = \operatorname\,\mathbf.» width=»» height=»» />

Указанные формулы можно применять всегда, когда применимо дипольное приближение.

Дипольное излучение (излучение в волновой зоне)

Приведённые формулы существенно упрощаются, если размеры системы много меньше длины излучаемой волны, то есть скорости зарядов много меньше c, а поле рассматривается на расстояниях много больших, чем длина волны. Такую область поля называют волновой зоной. Распространяющуюся волну можно в этой области считать практически плоской. Из всех членов в выражениях для \mathbf<E>» width=»» height=»» /> и <img decoding=

\frac<\dot<\mathbf>> \approx \frac<\lambda>,» width=»» height=»» /> <img decoding=

В плоской волне интенсивность излучения в телесный угол равна

dI = c \frac<H^2></p> <p><4\pi>R^2 do,» width=»» height=»» /></p><div class='code-block code-block-16' style='margin: 8px 0; clear: both;'> <!-- 16paikmaster --> <script src=

поэтому для дипольного излучения

dI = \frac<1></p> <p>[\ddot<\mathbf<d>>, \mathbf]^2 do = \frac<\ddot<\mathbf<d>>^2><4\pi c^3>\sin^2 do.» width=»» height=»» /></p> <p>где <img decoding=— угол между векторами \ddot<\mathbf<d>>» width=»» height=»» /> и <img decoding=от 0до \pi.Полное излучение равно

I = \frac<2></p> <p> <\ddot<\mathbf<d>>>^2.» width=»» height=»» /></p> <p><img decoding=

Слово электричество возникло от греческого слова электрон янтарь, который электризуется при натирании о шерстяную материю. В природе известны два рода электрических зарядов, которые условно названы положительным и отрицательным зарядами. Известно также их взаимодействие: одноименные заряды отталкиваются, разноименные притягиваются.

Электрический заряд любого тела состоит из целого числа элементарных зарядов равных примерно , Этим зарядом является заряд отрицательно заряженной частицы, получившей название электрон. Электрон имеет массу покоя, равную приблизительно . Кроме отрицательно заряженного электрона имеются частицы, обладающие элементарным положительным зарядом. Устойчивой частицей, обладающей элементарным положительным зарядом, является протон. Протон представляет собой ядро атома водорода – самого легкого элемента таблицы Менделеева. Масса протона в 1836 раз больше массы электрона . Протон – это частица, которая входит в состав ядер всех элементов и определяет заряд ядра. Электроны в атомах образуют электронную оболочку атома. Они могут покинуть электронную оболочку атома или молекулы, превращая их в положительный ион, могут также присоединиться к другому атому или молекуле, превращая эти частицы в отрицательный ион. Передача электронов может происходить не только между атомами или молекулами, но и между телами, например, при их соприкосновении. Такое явление называется электризацией тел соприкосновением. При электризации в одних телах возникает избыток электронов, такие тела заряжаются отрицательно, в других телах их недостаток, такие тела заряжаются положительно. Однако во всех случаях выполняется один из фундаментальных законов физики – закон сохранения электрических зарядов: алгебраическая сумма зарядов частиц или тел, образующих электрически изолированную (замкнутую) систему, не изменяется при любых процессах, происходящих в этой системе. Под электрически изолированной системой понимается система тел (частиц), которая не обменивается зарядами с телами, не входящими в эту систему.

Похожие публикации:
  1. Как расчитать обмотку на трансформатор
  2. Что не пропускает инфракрасное излучение
  3. Что такое дмрв на ваз 2114
  4. Что такое общее локализованное освещение

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *