Електричним дипольним моментом або просто дипольниммоментом системи зарядів q i називається сума добутків величин зарядів на їх радіус-вектори.
.
Зазвичай дипольний момент позначається латинською буквою d або латинською буквою p.
Природними одиницями вимірювання дипольного заряду в системі СІ є кулон на метр. хоча така одиниця надзвичайно велика для практичного використання, тому застосовуються інші одиниці. В атомній фізиці зазвичай використовується одиниця Дебай.
Дипольний момент має надзвичайне значення у фізиці при вивченні нейтральних систем. Дія електричного поля на нейтральну систему зарядів і електричне поле створене нейтральної системою визначаються в першу чергу дипольниммоментом. Це, зокрема, стосується атомів і молекул.
Нейтральні системи зарядів з відмінним від нуля дипольним моментом називають диполями.
1. Властивості
Всього певний вище дипольний момент залежить від системи відліку. Однак для нейтральної системи сума всіх зарядів дорівнює нулю, тому залежність від системи відліку зникає.
Самий диполь складається з двох однакових за абсолютною величиною, але протилежних по напрямку зарядів + q і-q, які знаходяться на певній відстані r один від одного. Дипольний момент тоді дорівнює по абсолютній величині qr і спрямований від позитивного до негативного заряду.
У разі безперервного розподілу заряду з щільністю дипольний момент визначається інтеграцією
.
2. Енергія диполя у зовнішньому електричному полі
За умови, коли розміри системи зарядів набагато менше характерної довжини, на якій змінюється Електро поле, а в цілому для атомів і молекул це справедливо навіть тоді, коли зовнішнє електричне поле - це поле електромагнітної хвилі у видимому діапазоні, енергія системи зарядів дуже простим чином виражається через дипольний момент.
.
3. Момент сили, що діє на диполь в електричному полі
Електричне поле намагається орієнтувати диполь вздовж силових ліній, створюючи момент сили. рівний
.
Ця формула теж справедлива за умови, коли поле в рамках системи зарядів є однорідним.
4. Електричне поле, створене диполем
Основному виникає задача визначення електричного поля на відстані, набагато перевищує відстань між зарядами. В такому випадку потенціал електричного поля визначається за формулою
.
а його напруженість
.
де - Це радіус-вектор точки, в якій визначається напруженість електричного поля.
Звідси видно, що створено диполем електричне поле спадає з відстанню як 1 / r 3. Порівняно з іншими типами полів, створюваних нейтральними атомами і молекулами це падіння дуже повільне. Диполі взаємодіють один з одним навіть на значній відстані. Поле, створене диполем неізотропне, і навіть змінює знак в залежності від напрямку.
5. Взаємодія диполів
Енергія взаємодії двох диполів і задається формулою
.
Залежно від взаємної орієнтації диполів, а такий від орієнтації щодо лінії, яка їх з'єднує, диполі можуть як притягатися, так і відштовхуватися.
Осклільки взаємодія між диполями приходить досить повільно, фізичні системи, що складаються з молекул з відмінним від нуля дипольним моментом дуже сильно пов'язані. Такою системою є вода. Молекула води має досить значний дипольний момент, оскільки атом кисню в ній відтягує на себе електрони, і стає негативно зарядженим, залишаючи позитивний заряд на двох атомах водню. Завдяки взаємодії між диполями вода пов'язана набагато сильніше, ніж інші речовини з порівняльної молярної масою. Вода рідина при кімнатних температурах, в той час, коли набагато важче кисень або вуглекислий газ залишаються газами.
Слід зазначити, що нейтральні атоми і молекули, які не мають власного дипольного моменту, набувають дипольний момент в електричному полі. Такий дипольний момент називається наведеним.
6. Квантова механіка
Оператор диполя в квантовій механіці записується як добуток заряду на радіус-вектор. Для системи багатьох частинок
в загальному не відрізняється від визначення класичної механіки.
Середній дипольний момент електронів квантовомеханічного стану, описується хвильової функцією ψ дорівнює
.
де інтегрування проводиться по координатному простору всіх електронів.