Potencjał dipola
1. Definicja dipola elektrycznego.
Dipolem elektrycznym nazywamy układ dwóch ładunków
elektrycznych, różnoimiennych i równych co do wartości bezwzględnej,
umieszczonych od siebie o odległość L.
2. Moment dipolowy.
Moment dipolowy jest wielkością charakteryzująca dipol elektryczny.
Określany jest wzorem:
i jest wektorem skierowanym od ładunku ujemnego (-q) do ładunku dodatniego
(+q), o długości równej ich wzajemnej odległości. Wielkość ta określana jest jako
iloczyn ładunku i odległości między biegunami. Moment dipolowy wyraża się w
tzw. debajach. Najprostrza jest sytuacja w przypadku cząsteczek dwuatomowych,
gdyż moment dipolowy ich wiązań jest jednocześnie momentem dipolowym
cząsteczki.
3. Indukowany moment dipolowy.
Gdy cząsteczki sa niespolaryzowane lub są odosobnionymi atomami oraz
środki ładunku dodatniego i ujemnego pokrywają się - nie powstaje żaden moment
dipolowy. Jeśli jednak umieścimy atom lub cząsteczkę niepolarną w zewnętrznym
polu elektrycznym, to pole odkształca orbity elektronu i rozsuwa środki ładunku
dodatniego i ujemnego.
Atom z dodatnio naładowanym jądrem
(kolor fioletowy) i ujemnie naladowanymi elektronami
(kolor pomarańczowy)
Środki ładunku dodatniego i ujemnego przestały sie
pokrywać pod wpływem zewnętrznego pola
elektrycznego o nateżeniu E. Pojawia sie indukowany
moment dipolowy p.
Elektrony są naładowane ujemnie, a więc przesuwaja sie w kierunku
przeciwnym do kierunku nateżenia pola. To przesunięcie prowadzi do powstania
momentu dipolowego p , skierowanego w kierunku natężenia pola. Taki moment
dipolowy nazywamy indukowanym przez pole, a o atomie lub cząsteczce mówimy,
że są spolaryzowane przez pole. Gdy usuniemy pole, indukowany moment dipolowy
i polaryzacja znikną.
Wypadkowy potencjał w punkcie P wynosi:
Wzór ten dotyczny sytuacji dla punktów przestrzeni oddalonych dostatecznie od dipola
r>>d/2.
Dipole wystepujące w przyrodzie, na przykład odpowiadające wielu
cząsteczkom, są całkiem małe i jesteśmy zwykle zainteresowani tylko punktami
znajdującymi się w dużych odległościach od dipola, r>>d, gdzie d to odległość między
ładunkami.
5. Zastosowanie.
Dipole elektryczne są wykorzystywane w antenach radiowych i radarowych.
Dipol jest najważniejszym elementem ich budowy. Najczęściej składa się z dwóch
symetrycznych ramion – radiatorów, wyposażonych w zaciski do doprowadzania
napięcia zasilającego. Stosuje sie również dipole o niesymetrycznych ramionach
oraz dipole zasilane bocznikowo. Czasami też zbudowane są z pręta oscylującego
okresowo. Oznacza to, że w pewnej chwili jeden koniec pręta naładowany jest
ujemnie, drugi zaś dodatnio. Po połowie okresu biegunowość końców zmienia się
na przeciwną. Jest to oscylujący dipol elektryczny, gdyż jego moment dipolowy
zmienia się okresowo w czasie.
Download

Definicja dipola elektrycznego.