II.1.2. Действие ЭП на электрический диполь

Наряду со свободными зарядами в магнитном коллоиде существуют электрические диполи, образованные как результат деформации:

а) при прямом действии ЭП; б) при механическом движении в силу действия кулоновских и вязкостных сил.

Найдем силу, действующую на диполь в ЭП, причем будем считать сначала, что поле однородно. На концы диполя действуют равные по величине силы . Эти силы направлены в противоположные стороны и образуют пару сил. Момент M этой пары равен:

где a – угол между вектором  и напряженностью  поля. Величину  называют моментом диполя, который является вектором. Он направлен также, как и , т.е. от отрицательного заряда к положительному.

.

Пользуясь понятием момента диполя, можно написать выражение для момента пары сил, действующей на диполь, в виде:

.

Направление момента этой пары совпадает с направлением оси вращения диполя, т.е. перпендикулярно к  и .

Или же, используя векторную алгебру, можно записать:

.

В однородном поле на диполь действует только пара сил, которая стремится повернуть диполь таким образом, чтобы  и  были параллельны. Для того, чтобы повернуть диполь в ЭП на некоторый угол, нужно совершить определенную работу. Т.к. эта работа равна увеличению потенциальной энергии диполя, то отсюда можно найти выражение для энергии диполя в ЭП. Примем за нуль энергию диполя, перпендикулярного к направлению поля . Тогда энергия диполя, момент которого составляет угол a с направлением поля, равна

.

Рассмотрим теперь диполь в неоднородном поле и положим, что момент диполя параллелен направлению поля  (см. рис.).

Силы, действующие на концы диполя, уже неодинаковы, и поэтому их результирующая ¹ 0. На диполь в неоднородном поле действует сила, стремящаяся передвинуть диполь в область поля с большей напряженностью. Найдем величину той силы. Направим координатную ось X вдоль момента диполя и будем считать, что длина диполя  мала (элементарный диполь). Сила, действующая на «-» конец диполя, есть , где E – напряженность поля в точке нахождения заряда –q. Сила, действующая на «+» конец диполя, равна , где  – длина диполя. Поэтому полная сила

.

В однородном поле  и результирующая сила равна нулю.

Если диполь находится в неоднородном поле и не параллелен полю, то на него действуют и пара сил, стремящаяся повернуть диполь параллельно полю, и сила, втягивающая диполь в область более сильного поля.

Пусть  – составляющие напряженности ЭП в прямоугольных осях координат, а  – составляющие момента диполя в тех же осях. Тогда составляющая силы по оси Х равна

.

Составляющая силы F_y и F_z выражаются аналогичными формулами.

;

;

;

.

Если ось Х направить вдоль вектора , то

.

Дипольность обеспечивает частице энергию

.

В практике исследований проводимости МЖ обычно используют однородное ЭП.

Магнитное поле на электрический (неподвижный) заряд не действует, согласно общему выражению для силы Лоренца

,

где  – электрическая и магнитная составляющие.

При ,  и тогда . Если же , то даже при .

Т.к. тепловое движение хаотично, то действие силы Лоренца на МЖ в среднем никак не ощущается, поскольку ионы-носители заряда являются частицами замкнутой системы. Небеспорядочной скоростью могут обладать носители в дрейфе (ток) или в едином гидродинамическом потоке. Тогда сила Лоренца подействует на каждую частицу одинаково и вся система носителей должна сдвинуться. При этом часть носителей будет увеличена из потока и уменьшить ток.