.
Формула (5.7) упрощается, так как имеет место представление
.
, (5.8)
где - электрический момент диполя.
Электрическое поле имеет вид
,
где .
Абсолютная величина
поля дается соотношением,
. Напомним, что для точечного заряда имеет
место более медленное убывание поля:
.
Если диполь помещен во внешне
электрическое поле , то его потенциальная энергия
это суперпозиция потенциальных энергий зарядов
,
где
- потенциал поля
.
Если
меняется мало на длине
, то
и
имеем
.
Если
диполь жесткий (), то момент силы
, или
.
Способ №2 введения понятия электрический диполь. Найдем потенциал системы зарядов вдали от этой системы.
,
где - радиус – вектор заряда
. Разложим это выражение в ряд по степеням
:
, где
.
Функция , раскладывается в ряд по полиномам
Лежандра (
- угол между векторами
, см. Рис. 5.3). По сути, Здесь
используется метод разделении переменных, который будет рассматриваться в
разделе 5.6
где
Тогда
-
это потенциал, создаваемый
суммарным зарядом системы, помещенный в начало координат (начало координат
выбирается внутри системы). Если система в целом электронейтральна, то . Для
получается
представление
-
,
.
дипольный момент зависит от выбора начала координат.
Смещение начала координат на вектор
изменяет дипольный
момент на
. Эта зависимость пропадает только в
электронейтральной среде. Получили обобщение понятия потенциала диполя и
дипольного момента на случай системы многих зарядов.
-
это потенциал, помещенного в начало координат фиктивного диполя с дипольным
моментом
. Имеет место разложение в ряд
.
Левая часть этой
формулы не зависит от выбора начала отсчета, а отдельные члены правой части –
зависят. Для электронейтральной системы потенциал не
зависит от выбора начала отсчета. Если система состоит из двух равных зарядов,
противоположных по знаку, то
соответствует
потенциалу диполя (5.8). Член
- представляет собой
потенциал фиктивного квадруполя с соответствующим квадрупольным
моментом. Выражение для него и для последующих членов мультипольного разложения
потенциала здесь не приводим.
5.6. Методы решения электростатических задач. Задачи электростатики сводятся к решению уравнения Лапласа при заданных граничных условиях на некоторых поверхностях. Эти вопросы изучаются в курсе математической физики, здесь ограничимся указанием некоторых простых приемов и решением типичных задач.
Метод изображений. Этот метод основан на том, что в электростатическом
поле любую эквипотенциальную поверхность можно
заменить проводящей поверхностью с тем же потенциалом. При этом поле в
пространстве не изменяется. Если интересоваться полем только с одной стороны
такой проводящей поверхности, то всю часть пространства по другую сторону этой
поверхности можно считать проводящей. Таким образом, задаче о поле зарядов при
наличии проводящего тела можно сопоставить эквивалентную задачу о поле в
пространстве без проводника, но с дополнительными зарядами (изображениями),
которые создавали бы на поверхности, совпадающей с поверхностью проводника, тот
же самый потенциал, каким обладал проводник. При рассмотрении задач
электростатики диэлектриков (раздел 6.2) также используется метод изображений,
но с несколько иной идеологией.
Простейший пример построения изображения точечного заряда в случае проводящей плоскости приведен на Рис. 5.4.
Решим с помощью метода изображений более сложную
задачу о поле точечного заряда при наличии проводящего
шара. Начало системы координат выберем в центре шара. Радиус его обозначим
через
(Рис. 5.5). В точке
расположен точечный заряд
. Необходимо найти потенциал
. Возможна постановка двух задач (типа А и типа
Б).
Задача типа А). На поверхности шара задан потенциал , в
частности
. Последнее условие может создаваться за
счет заземления.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.