Сила, действующая на диполь в неоднородном поле

Сила, действующая на диполь в неоднородном поле - student2.ru

Если диполь поместить в однородное электрическое поле, то полная действующая на него сила будет равна нулю. Действующие на заряды диполя силы равны по модулю и противоположны по направлению

Эти силы приложены в разных точках, образуя, так называемую пару сил. Пара сил создает вращающий момент. Модуль момента пары сил равен произведению силы на плечо, т. е. Сила, действующая на диполь в неоднородном поле - student2.ru , где h — есть плечо пары сил (кратчайшее расстояние между линиями действия сил). Учитывая, что сила, действующая на заряд со стороны поля равна Сила, действующая на диполь в неоднородном поле - student2.ru , а плечо пары сил Сила, действующая на диполь в неоднородном поле - student2.ru (см. рисунок, Сила, действующая на диполь в неоднородном поле - student2.ru — угол между векторами Сила, действующая на диполь в неоднородном поле - student2.ru и Сила, действующая на диполь в неоднородном поле - student2.ru ), запишем Сила, действующая на диполь в неоднородном поле - student2.ru . Произведение Сила, действующая на диполь в неоднородном поле - student2.ru равно дипольному моменту Сила, действующая на диполь в неоднородном поле - student2.ru , тогда

Сила, действующая на диполь в неоднородном поле - student2.ru .

.Вектора Сила, действующая на диполь в неоднородном поле - student2.ru , Сила, действующая на диполь в неоднородном поле - student2.ru и Сила, действующая на диполь в неоднородном поле - student2.ru образуют правовинтовую систему, что позволяет нам записать выражение для вращающего момента в векторном виде:

Сила, действующая на диполь в неоднородном поле - student2.ru .

При двух ориентациях диполя — по полю ( Сила, действующая на диполь в неоднородном поле - student2.ru ) и против поля ( Сила, действующая на диполь в неоднородном поле - student2.ru ) момент сил обращается в нуль. Первая ориентация ( Сила, действующая на диполь в неоднородном поле - student2.ru ) соответствует устойчивому равновесию, вторая ( Сила, действующая на диполь в неоднородном поле - student2.ru ) — неустойчивому. Момент сил стремится повернуть диполь так, чтобы его электрический момент Сила, действующая на диполь в неоднородном поле - student2.ru установился по направлению внешнего поля Сила, действующая на диполь в неоднородном поле - student2.ru .

Сила, действующая на диполь в неоднородном поле - student2.ru

В неоднородном электрическом поле на диполь кроме ориентирующего момента сил будет действовать результирующая сила, втягивающая диполь в область с большей напряженностью. Пусть Сила, действующая на диполь в неоднородном поле - student2.ru и Сила, действующая на диполь в неоднородном поле - student2.ru — напряженности внешнего поля в точках, где расположены положительный и отрицательный заряды диполя. Тогда результирующая сила Сила, действующая на диполь в неоднородном поле - student2.ru , действующая на диполь равна (см. рисунок)

Сила, действующая на диполь в неоднородном поле - student2.ru , (1)

где Сила, действующая на диполь в неоднородном поле - student2.ru — сила, действующая на заряд Сила, действующая на диполь в неоднородном поле - student2.ru диполя, Сила, действующая на диполь в неоднородном поле - student2.ru — сила, действующая на отрицательный заряд Сила, действующая на диполь в неоднородном поле - student2.ru диполя. Разность Сила, действующая на диполь в неоднородном поле - student2.ru — это приращение вектора Сила, действующая на диполь в неоднородном поле - student2.ru на отрезке, равном длине диполя Сила, действующая на диполь в неоднородном поле - student2.ru в направлении вектора Сила, действующая на диполь в неоднородном поле - student2.ru . Вследствие малости этого отрезка можно записать

Сила, действующая на диполь в неоднородном поле - student2.ru , (2)

где Сила, действующая на диполь в неоднородном поле - student2.ru — есть производная вектора Сила, действующая на диполь в неоднородном поле - student2.ru по направлению Сила, действующая на диполь в неоднородном поле - student2.ru , характеризующая изменение вектора Сила, действующая на диполь в неоднородном поле - student2.ru на единицу длины в этом направлении. После подстановки (2) в (1) и учитывая, что Сила, действующая на диполь в неоднородном поле - student2.ru получим,

Сила, действующая на диполь в неоднородном поле - student2.ru .

Наши рекомендации