13.2. Диполь во внешнем электрическом поле
Диполь не только сам является источником электрического поля, но и взаимодействует с внешним электрическим полем, созданным другими источниками.
Диполь в однородном электрическом поле
В однородном электрическом поле напряженностью E на полюса диполя действуют равные по величине и противоположные по направлению силы (рис. 13.4). Поскольку сумма таких сил равна нулю, поступательного движения они не вызывают. Однако они
Рис.
13.4. Диполь
в однородном электрическом поле
создают вращательный момент, величина которого определяется следующей формулой:
Этот
момент «стремится» расположить диполь
параллельно линиям поля, т.е. перевести
его из некоторого положения (а) в положение
(б).
Диполь в неоднородном электрическом поле
В неоднородном электрическом поле величины сил, действующих на полюсы диполя (силы F+ и F- на рис. 13.5), неодинаковы, и их сумма не равна нулю Поэтому возникает равнодействующая сила, втягивающая диполь в область более сильного поля.
Величина втягивающей силы, действующей на диполь, ориентированный вдоль силовой линии, зависит от градиента напряженности и вычисляется по формуле:
|
Здесь
ось Х - направление силовой линии в том
месте, где находится диполь.
Рис.
13.5. Диполь
в неоднородном электрическом поле. Р -
дипольный момент
13.3. Токовый диполь
Рис.
13.6. Экранирование
диполя в проводящей среде
В непроводящей среде электрический диполь может сохраняться сколь угодно долго. Но в проводящей среде под действием электрического поля диполя возникает смещение свободных зарядов, диполь экранируется и перестает существовать (рис. 13.6).
Для сохранения диполя в проводящей среде необходима электродвижущая сила. Пусть в проводящую среду (например, в сосуд с раствором электролита) введены два электрода, подключенные к источнику постоянного напряжения. Тогда на электродах будут поддерживаться постоянные заряды противоположных знаков, а в среде между электродами возникнет электрический ток. Положительный электрод называют истоком тока, а отрицательный - стоком тока.
Двухполюсная система в проводящей среде, состоящая из истока и стока тока, называется дипольным электрическим генератором или токовым диполем.
Расстояние между истоком и стоком тока (L) называется плечом токового диполя.
На рис. 13.7,а сплошными линиями со стрелками изображены линии тока, создаваемого дипольным электрическим генерато-
Рис.
13.7. Токовый
диполь и его эквивалентная электрическая
схема
ром, а пунктирными линиями - эквипотенциальные поверхности. Рядом (рис. 13.7, б) показана эквивалентная электрическая схема: R - сопротивление проводящей среды, в которой находятся электроды; r - внутреннее сопротивление источника, ε - его э.д.с.; положительный электрод (1) - исток тока; отрицательный электрод (2) - сток тока.
Обозначим сопротивление среды между электродами через R. Тогда сила тока определяется законом Ома:
Если
сопротивление среды между электродами
значительно меньше, чем внутреннее
сопротивление источника, то I = ε/r.
|
Для того чтобы сделать картину более наглядной, представим себе, что в сосуд с электролитом опущены не два электрода, а обычный элемент питания. Линии электрического тока, возникшего в сосуде в этом случае, показаны на рис. 13.8.
Рис.
13.8. Токовый
диполь и созданные им линии тока
Электрической характеристикой токового диполя является векторная величина, называемая дипольным моментом (РT).
Дипольный момент токового диполя - вектор, направленный от стока (-) к истоку (+) и численно равный произведению силы тока на плечо диполя:
Здесь
ρ - удельное сопротивление среды.
Геометрические характеристики такие
же, как на рис. 13.2.
Таким образом, между токовым диполем и электрическим диполем существует полная аналогия.
Теория токового диполя применяется для модельного объяснения возникновения потенциалов, регистрируемых при снятии электрокардиограмм.