1.3. Основные характеристики электрического поля. Электрический диполь. Поле диполя. Диполь в электрическом поле.

Электрическим диполем (диполем) называют систему, состоящую из двух равных, но противоположных по знаку точечных электрических зарядов, расположенных на некотором расстоянии друг от друга (плечо диполя).

Основной характеристикой диполя (рис.4) является его электрический, илидипольный момент– вектор, направленный от отрицательного заряда к положительному и равный произведению заряда на плечо диполя:

(8)

Рис.4. Электрический диполь.

Единицей электрического момента диполя является кулон-метр.

Поместим диполь в однородное электрическое поле напряжённостью  (рис.5). На каждый из зарядов диполя действуют силы =q и

= -q ; эти силы противоположно направлены и создают момент пары сил. Как видно из рисунка, он равен

M=qElsin=pEsin, (9)

Или в векторной форме

= (10)

Рис.5. Диполь в однородном электрическом поле.

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

Рассмотрим теперь диполь в неоднородном электрическом поле. Простоты ради предположим, что диполь расположен вдоль силовой линии. На него действуют силы

₊= ₊и _-= _- ,

где  ₊и _--напряжённости поля соответственно в месте нахождения положительного и отрицательного зарядов (на рис.6 _-> ₊). Значение равнодействующей этих сил

F= F_ - F+ = qE_ - qE+ = q (E_ - E+). (11)

Рис.6. Силы, действующие на диполь.

Введём отношение (E_ - E+)/l, характеризующее среднее изменение напряжённости, приходящееся на единицу длины диполя. Так как обычно плечо невелико, то приближенно можно считать

(Е_ - Е+)/l = dE/dx, (12)

где dE/dx – производная от напряженности электрического поля по направлению оси ОХ, являющаяся мерой неоднородности электрического поля вдоль соответствующего направления. Из (12) следует

Е_ - E+ = l dE/dx,

Тогда формулу (5) можно представить в виде

F = ql dE/dx = p dE/dx.

Итак, на диполь действует сила, зависящая от его электрического момента и степени неоднородности поля dE/dx.

Если диполь ориентирован в неоднородном электрическом поле не вдоль силовой линии, то на него дополнительно действует еще и вращающий момент. Так что свободный диполь практически всегда будет втягиваться в область больших значений напряженности поля.

4. Токовый монополь. Токовый диполь. Электрическое поле токового диполя в неограниченной проводящей среде.

 монополь – гипотетическую элементарную частицу, обладающую магнитным зарядом. в 1931 году гипотезу о ее существовании выдвинул знаменитый английский физик Поль Дирак. В отличие от обыкновенного магнита этот монополь имеет не два полюса – северный и южный, – а всего один. 

Электрический ток от положительного электрода течёт по внешней цилиндрической оболочке 1 и возвращается к минусовому электроду по стержню 2. Магнитное поле обратного тока заперто во внутренней полости цилиндра 3 и для внешнего наблюдателя – не существует.

Может применяться для ускорения, или торможения, космических аппаратов в магнитном поле планеты. При торможении токовый монополь будет генерировать электрическую энергию, что позволит задействовать электроракетные двигатели и, таким образом, увеличить силу торможения.

Токовый диполь – система из двух полюсов источника тока (истока и стока), помещенных в проводящую электролитическую среду. Дипольный момент токового диполя - это вектор, модуль которого равен

произведению общего тока I текущего между истоком и стоком на расстояние L между ними D =I·L.Сердце рассматривается как суммарный токовый диполь, являющийся результатом взаимодействия большого

числа элементарных диполей, которые создают одиночные волокна миокарда.(р-дипольный момент)

В вакууме или идеальном диэлектрике электрический диполь сохраняется сколь угодно долго. В проводящей среде под действием электрического поля диполя возникает движение свободных зарядов, что приводит к нейтрализации диполя. Подключение к диполю источника постоянного тока позволяет компенсировать потерю и нейтрализацию заряда в проводящей среде и сохранить диполь продолжительное время. Такую двухполюсную систему принято называть диполем. Линии тока в проводящей среде совпадают с линиями напряженности электростатического поля при одинаковой форме электродов.