Superpozycja. Dipol elektryczny.

Na początek przypomnijmy sobie zasadę superpozycji:

Jeżeli kilka punktowych ładunków elektrycznych wytwarza w przestrzeni pole elektrostatyczne, to natężenie w danym punkcie pola jest sumą wektorową natężeń pól wytwarzanych przez każdy z tych ładunków niezależnie.

Zastosujemy zasadę superpozycji do obliczenia natężenia pola wytworzonego przez dipol elektryczny. Dipol składa się z dwóch jednakowych ładunków o przeciwnych znakach, umieszczonych blisko siebie w odległości l.

Momentem elektrycznym dipola nazywamy wektor p o wartości:

p = ql

zwrócony od ujemnego do dodatniego ładunku. Natężenie pola w punkcie A leżącym pośrodku odcinka l jest oczywiście sumą wektorową:

$$\overrightarrow{E_{A}} = \overrightarrow{E_{1}} + \overrightarrow{E_{2}}$$

Wektory natężenia E₁ i E₂ pochodzą odpowiednio od ładunków +q i −q. Aby określić zwroty tych wektorów, umieszczamy w punkcie A ładunek próbny q₀. Stwierdzamy, że oba wektory mają ten sam kierunek, zwroty zgodne i równe wartości:

$$E_{1} = E_{2} = \frac{\text{kq}}{r^{2}} = \frac{4kq}{l^{2}}$$

ponieważ $r\ = \frac{\text{\ l}}{2}$.

Natężenie pola w punkcie A leżącym na środku osi dipola wynosi:

$$E_{A} = {2E}_{1} = {2E}_{2} = \frac{8kq}{l^{2}}$$

Po podstawieniu w miejsce k (zakładamy, że dipol jest w próżni)

$$k = \frac{1}{4\pi\varepsilon_{0}}$$

oraz p = ql otrzymamy:

$$E_{A} = \frac{8q}{\pi\varepsilon_{0}l^{2}} \bullet \frac{l}{l} = \frac{2p}{\pi\varepsilon_{0}l^{3}}$$

Cząsteczki wielu substancji są dipolami elektrycznymi.

Dipol umieszczony w zewnętrznym polu elektrycznym obraca się pod wpływem działania pary sił i ustawia go zgodnie z liniami sił tego pola (patrz poniższy rysunek).