Понятие магнитного диполя возникло в конце 18 -нач. 19 вв., когда для
объяснения природы магнетизма
предполагалось существование магнитной материи. Впоследствии оно сохранило
своё значение как удобная модель, позволяющая правильно вычислять поля
соленоидальных электрических токов. Если объёмная плотность тока чисто соленоидальна , её можно выразить через вектор намагниченности ,
представляющий собой плотность магнитного момента ,
так что магнитный момент всей системы токов равен:
Здесь использована Гаусса
система единиц, интегрирование производится по всему объёму V, занятому
токами. В частности, ток I, текущий по тонкому замкнутому контуру, лежащему
в плоскости n=const (n - нормаль к поверхности S, натянутой на контур), имеет, согласно (*), магнитный момент
. Предельный случай элементарного диполя соответствует значению ,
где -дельта-функция,
- радиус-вектор
точки расположения диполя. На ток во внеш. постоянном магн. поле с вектором
индукции действуют
сила и вращающий момент. Если магн. поле мало меняется на расстояниях порядка
размеров токового распределения, сила равна .
Вращающий момент N равен .
T. о., в макроскопич. электродинамике
фигурируют магнитные диполи двух видов: "зарядовый" магнитный диполь, образуемый фиктивными
магнитными зарядами, распределёнными (в случае точечного источника) с плотностью
, и "токовый"
магнитный диполь, образуемый соленоидальными электрич. токами, распределёнными (тоже в
случае точечного источника) с плотностью .
Поля, создаваемые равными магнитными диполями вне области
источников в вакууме (или в любой иной среде, магнитная проницаемость которой =1),
одинаковы, однако в средах с
совпадение достигается, если только принять, что ,
т. е. считать, что дипольный момент зарядового магнитного диполя зависит от проницаемости.
В неоднородных и (или) анизотропных средах различие в структурах полей, вообще
говоря, не устраняется.
Фактически все известные ныне магнитные диполи являются токовыми. Существование зарядовых магнитных диполей, образованных магнитными монополями, невозможно в силу изначальной соленоидальности магнитного поля. Однако зарядовые магнитные диполи сохраняют определённое методическое значение. Это позволяет во многих случаях (но не всегда!) установить свойства и поведение реальных токовых магнитных диполей без дополнительных вычислений (излучения магнитных диполей с изменяющимся во времени , движением в заданных полях, взаимодействия нескольких магнитных диполей и т. п.).
M. А. Миллер