Τι είναι μια διπολική στιγμή;

Ένα δίπολο είναι ένα ουδέτερο σύστημα που περιλαμβάνει δύο αντίθετα φορτισμένα μέρη. Για παράδειγμα, ένα μόριο νερού είναι ουδέτερο ως σύνολο, αλλά το ένα άκρο του είναι θετικά φορτισμένο ενώ το άλλο αρνητικά. Ένα τέτοιο αντικείμενο μπορεί να επηρεάσει άλλα φορτισμένα αντικείμενα μέσω ηλεκτρομαγνητικών δυνάμεων. Η διπολική ροπή ενός διπόλου είναι μια διανυσματική ποσότητα που περιγράφει την ισχύ αυτής της επιρροής. Το μέγεθός του ισούται με το μέγεθος κάθε φορτίου, πολλαπλασιαζόμενο με την απόσταση μεταξύ των δύο μερών του συστήματος.

Η ισχύς της δύναμης που ασκείται από ένα δίπολο σε ένα απομακρυσμένο σωματίδιο μπορεί να προσεγγιστεί χρησιμοποιώντας την εξίσωση F=2*pkq/r3. Εδώ, p είναι η διπολική ροπή, k είναι η σταθερά του Coulomb, q είναι το μέγεθος του καθαρού φορτίου στο απομακρυσμένο σωματίδιο και r είναι ο διαχωρισμός μεταξύ του κέντρου του διπόλου και του απομακρυσμένου σωματιδίου. Αυτή η προσέγγιση είναι σχεδόν τέλεια στον διαμήκη άξονα του συστήματος, εφόσον το r είναι σημαντικά μεγαλύτερο από το διαχωρισμό μεταξύ των δύο συνιστωσών του διπόλου. Για σωματίδια μακριά από αυτόν τον άξονα, η προσέγγιση υπερεκτιμά τη δύναμη κατά έναν παράγοντα 2.

Η θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν συνδέει τις ηλεκτρικές δυνάμεις με τις μαγνητικές δυνάμεις. Το μαγνητικό πεδίο ενός μαγνήτη ράβδου μπορεί να προσεγγιστεί από ένα δίπολο μαγνητικών φορτίων, το ένα κοντά στον βόρειο πόλο του μαγνήτη και το άλλο κοντά στο νότιο πόλο. Ένα τέτοιο συγκρότημα ονομάζεται μαγνητικό δίπολο και η επίδραση που ασκεί σε ένα μακρινό φορτίο που κινείται κάθετα στο πεδίο μπορεί να προσεγγιστεί ως 2*μqs/r3, όπου μ είναι η μαγνητική διπολική ροπή και s η ταχύτητα.

Ένα ηλεκτρικό ρεύμα που κινείται σε ένα κυκλικό καλώδιο δημιουργεί ένα μαγνητικό πεδίο παρόμοιο με αυτό ενός μαγνήτη μικρής ράβδου. Η μαγνητική διπολική ροπή ενός τέτοιου σύρματος έχει μέγεθος I*A, όπου I είναι το ρεύμα του σύρματος και A είναι η περιοχή που διαγράφει στο διάστημα. Σε ατομικό επίπεδο, ο μαγνητισμός συχνά θεωρείται ότι προκύπτει από την κίνηση των ηλεκτρονίων κατά μήκος καμπύλων μονοπατιών. Το μέγεθος της μαγνητικής διπολικής ροπής για ένα τέτοιο σωματίδιο ισούται με q*s/(2r), όπου q είναι το μέγεθος του φορτίου, s είναι η ταχύτητα του σωματιδίου και r η ακτίνα της διαδρομής.

Εκτός από την ποσοτικοποίηση της δύναμης ενός διπόλου σε απομακρυσμένα φορτισμένα σωματίδια, η διπολική ροπή είναι χρήσιμη για τον προσδιορισμό της δύναμης που ασκεί ένα εξωτερικό πεδίο σε ένα δίπολο. Για παράδειγμα, ένας φούρνος μικροκυμάτων δημιουργεί βραχύβια, ποικίλα ηλεκτρικά πεδία. Αυτά τα πεδία αναγκάζουν τα μόρια του νερού, που είναι ηλεκτρικά δίπολα, να περιστρέφονται. Αυτή η περιστροφική κίνηση οδηγεί σε αύξηση της θερμοκρασίας, η οποία μαγειρεύει το φαγητό. Η μέγιστη ροπή που ασκείται σε ένα δίπολο από ένα εξωτερικό πεδίο είναι απλώς το γινόμενο της διπολικής ροπής και της έντασης του πεδίου.