Энергия диполя в электрическом поле

Энергия W точечного заряда q в электрическом поле равна W = qφ, где φ – потенциал поля E других зарядов в точке нахождения заряда q. Тогда энергия диполя в этом поле E будет:

W = q₊φ₊ + q_–φ_– = q(φ₊– φ_–),

где φ₊и φ_– – потенциалы поля E в т. положительного и отрицательного зарядов диполя, соответственно.

С точностью до величин второго порядка малости можно записать:

,

где – производная от φ по направлению l↑↑P. Эта производная равна (минус) –E_l – составляющей вектора E на направление l или P в точке нахождения диполя и тогда:

W = –PE

Поле в веществе

Микро- и макрополе

Как известно, любое вещество состоит из молекул, те, в свою очередь, из атомов, а атомы из положительно заряженного ядра (протоны + нейтроны) и вращающихся вокруг него электронов. Эти движущиеся заряды в любой точке пространства создают свои электрические и магнитные поля. Таким образом, ИСТИННОЕ как электрическое, так и магнитное поля в любом веществе – его называют микрополем, меняется весьма резко как во времени, так и в пространстве. Оно различно в разных точках атомов и в промежутках между ними. Чтобы найти истинное – микроскопическое (микро) поле в некоторой точке в данный момент времени, например, электрическое поле – его обозначают e, нужно было бы сложить напряженности полей, создаваемых сторонними зарядами (сторонние заряды – это заряды, не являющиеся составной частью атомов вещества, они могут находиться вне или внутри вещества и при этом двигаться или покоиться) с напряженностями полей, создаваемых всеми заряженными частицами вещества (электронами и ядрами). Здесь сразу отметим, что все аналогично для нахождения истинного магнитного поля (его обозначают h– напряженность магнитного микрополя), создаваемого движущимися зарядами (сторонними и зарядами вещества), находящимися в соответствующих точках пространства в данный момент времени.

Решение этой задачи является совершенно нереальным. Да и сам результат оказался бы настолько сложным, что его просто нельзя было бы использовать на практике. Более того, для решения макроскопических задач такое поле и вовсе не нужно. Для многих целей достаточно более грубое и более простое описание, которым мы и будем пользоваться в дальнейшем. Например. Под электрическим полем E в веществе – его называют макрополем – будем понимать пространственно усредненное микрополе (после пространственного усреднения временного усреднения не требуется). Это усреднение проводится по физически (!) бесконечно малому объему – этот объем содержит много атомов, но его размеры во много раз меньше расстояний, на которых макрополе меняется заметно. Такое усреднение сглаживает все нерегулярные и быстро меняющиеся вариации микрополя на расстоянии порядка атомных, но сохраняет плавные изменения макрополя на макроскопических расстояниях. Для магнитного поля переход от микрополя h к макрополю H аналогичен.

Итак, поля в веществе E и H

E = E_макро= < e> = <E_микро >

H = H_макро= < h> = <H_микро >,

Скобки < > означают усреднение.