2. Электрический диполь. Диполь в электрическом поле.

Э лектрическим диполем называют систему, состоящую из двух равных, но противоположных по знаку точечных зарядов (рис.1), центры которых находятся на некотором расстоянии l. Главной характеристикой диполя является дипольный момент P, равный произведению любого из зарядов на расстояние l (плечо). Единицей момента диполя является величина (Кулон · метр): P=q·l. Дипольный момент – это вектор, направленный от отрицательного заряда к положительному. Диполем могут быть полярные молекулы белков, если центры положительного и отрицательного зарядов находятся на некотором расстоянии l (рис.2). Диполями бывают молекулы аминокислот, а также воды (рис.3) и других веществ, входящих в состав тканей организма человека.

В сложных белковых молекулах каждая связь может иметь свой дипольный момент. Поэтому дипольный момент P_M сложной молекулы будет равен сумме дипольных моментов отдельных связей:

.

П ри помещении диполя в постоянное электрическое поле напряжённостью Е (рис.4), на диполь будет действовать пара сил: +F=q·E и –F=-q·E, стремящихся установить диполь по полю. Явление ориентации диполей по полю получило название поляризации. Момент пары сил будет равен (как видно из рис.4): , в векторной форме: .

Если диполи поместить в переменное электрическое поле, то они будут поворачиваться около положения равновесия в такт изменению поля. На такие повороты диполей будет затрачиваться некоторая энергия или мощность переменного электрического поля, которая будет выделяться в виде тепла внутри среды, состоящей из диполей.

Дипольные молекулы тканей организма человека также совершают повороты в переменном электрическом поле. Поэтому в тканях будет выделяться некоторое количество теплоты. Это явление нашло применение при физиотерапии полем УВЧ.

3. Электрическое поле диполя.

Д иполь представляет собой систему двух разноимённых зарядов и создаёт электрическое поле в окружающем его пространстве. Найдём выражение для напряжённости и потенциала этого поля вначале на оси диполя, а затем в любой точке пространства вокруг диполя:

а) пусть нам необходимо найти величину напряжённости поля в точке А на оси диполя (рис.5). Поскольку l мало, то r₊>>l, r_->>l а, следовательно, r₊ ≈ r_- = r. Поле в точке А будет создано зарядами q₊ и q_-. Поэтому

. (5)

Или в системе СИ,

где величина =8,85·10^-12 ф/м – электрическая постоянная.

б ) в большинстве случаев приходится находить потенциал не на оси, а в любой точке пространства. Пусть нам необходимо найти потенциал в точке А, удалённой от зарядов соответственно на расстояние r₊ и r_- (рис.6). В этом случае, как и напряженность, потенциал создаётся обоими зарядами и его можно найти по формуле:

.

Или в СИ: . (7)

Используя формулу (7) можно найти разность потенциалов двух равноотстоящих точек А и В:

. (8)

Итак, по формуле (7) мы можем найти потенциал в любой точке пространства, окружающего диполь, а по формуле (8) найдём разность потенциалов в двух точках. Следует отметить, что сердце человека также представляет диполь, создающий в окружающем его пространстве электрическое поле и, соответственно, некоторую разность потенциалов.