Ροπή σε ένα δίπολο σε ένα ομοιόμορφο ηλεκτρικό πεδίο

Κατανόηση της ροπής σε ένα δίπολο σε ένα ομοιόμορφο ηλεκτρικό πεδίο

Ένα ηλεκτρικό δίπολο δημιουργείται όταν υπάρχει διαχωρισμός θετικών και αρνητικών φορτίων.

Προτού μπορέσουμε να κατανοήσουμε τις επιπτώσεις της ροπής που λειτουργεί σε ένα ηλεκτρικό δίπολο σε ένα ομοιόμορφο ηλεκτρικό πεδίο, πρέπει πρώτα να κατανοήσουμε τις ιδιότητες της ροπής που ενεργεί σε ένα ηλεκτρικό δίπολο σε ένα ομοιόμορφο ηλεκτρικό πεδίο . Πρώτα και κύρια, ας αναθεωρήσουμε την αντίληψή μας για τη ροπή και το ηλεκτρικό δίπολο.

Ροπή

Η ροπή είναι ένα διανυσματικό μέγεθος του οποίου η κατεύθυνση και η κατεύθυνση της δύναμης στον άξονα καθορίζουν συνήθως την κατεύθυνσή του. Το μέγεθος του διανύσματος ροπής δηλώνεται ότι προσδιορίζεται με τον ακόλουθο τρόπο:

Ως:τ =FrsinΘ

Το γράμμα r δηλώνει το μήκος του βραχίονα ροπής και το Θ εκφράζει τη γωνία μεταξύ του διανύσματος δύναμης και του βραχίονα ροπής.

Ροπή στο ηλεκτρικό δίπολο

Τα δίπολα είναι σχεδόν το ίδιο πράγμα με τον διαχωρισμό φορτίου. Σε αντίθεση με άλλα διανύσματα, η ροπή ενός ηλεκτρικού διπόλου έχει μια συγκεκριμένη κατεύθυνση, δηλαδή από αρνητικά φορτισμένο σε θετικά φορτισμένο.

Αυτό δίνεται ως p=qd

Όταν υπάρχει ομοιογενές ηλεκτρικό πεδίο, η ροπή σε ένα ηλεκτρικό δίπολο είναι μηδέν.

Ας υποθέσουμε τώρα ένα δίπολο που έχει τα φορτία:+q και –q που σχηματίζουν δίπολο γιατί απόσταση d τα χωρίζει. Σε αυτήν την περίπτωση, το δίπολο θα πρέπει να τοποθετηθεί στο ηλεκτρικό πεδίο που είναι ομοιόμορφο στη φύση και έχει επαρκή αντοχή, που αντιπροσωπεύεται από το E, εδώ ο άξονας του διπόλου δημιουργεί μια γωνία θ με το ηλεκτρικό πεδίο.

Ένα ηλεκτρικόδίπολο σε ομοιόμορφο εξωτερικό πεδίο έχει μια ροπή που δίνεται ως τ =pE sin θ, όπου το σύμβολο θ υποδηλώνει τη γωνία μεταξύ p και E. Η ροπή του διπόλου p τείνει να ευθυγραμμιστεί προς την κατεύθυνση του E ως αποτέλεσμα της ροπής.

Η δυναμική ενέργεια του διπόλου Ue =−pE cos θ ή στον συμβολισμό του διανύσματος που είναι Ue =–pE.

Τι είναι η ροπή στο δίπολο σε ένα ομοιόμορφο ηλεκτρικό πεδίο;

Για παράδειγμα, πάρτε ένα δίπολο που έχει τα φορτία +q και –q. και τα δύο δημιουργούν ένα δίπολο καθώς έχουν απόσταση μεταξύ τους που υποδεικνύεται με d. Αφήστε το να βυθιστεί σε ένα ηλεκτρικό πεδίο ομοιόμορφης φύσης με ισχύ Ε, με τέτοιο τρόπο ώστε ο άξονας του διπόλου να σχηματίζει ορθή γωνία ως προς αυτό το ηλεκτρικό πεδίο.

Η ροπή είναι η μονάδα δύναμης που αναγκάζει ένα αντικείμενο να περιστρέφεται πλήρως γύρω από έναν άξονα.

Ένα ηλεκτρικό δίπολο αναφέρεται σε ένα ηλεκτρικό ζεύγος φορτίων που έχουν παρόμοια μεγέθη αλλά αντίθετα στη φύση και διατηρούν απόσταση «d» το ένα από το άλλο. Επειδή τα φορτία υφίστανται δύο πανομοιότυπες δυνάμεις ίσου μεγέθους, η ροπή του διπόλου μπορεί να υπολογιστεί ως εξής:

Ροπή (τ) =Δύναμη × δυνάμεις διαχωρισμού απόστασης

Ανεξάρτητα από το αν τα δίπολα είναι ηλεκτρικά ή μαγνητικά, όλα μπορούν να διακριθούν από τη διπολική ροπή τους, η οποία είναι μια διανυσματική μεταβλητή. Στην περίπτωση ενός απλού ηλεκτρικού διπόλου, μπορούμε να δηλώσουμε ότι η ηλεκτρική διπολική ροπή τείνει να δείχνει από το φορτίο – προς το φορτίο + και διατηρεί μια τιμή μεγέθους που αντιστοιχεί στην ισχύ κάθε φορτίου πολλαπλασιαζόμενη με τη μετατόπιση που δίνεται μεταξύ των φορτίων. Για να είμαστε πιο συγκεκριμένοι, μπορούμε να το ορίσουμε ως πάντα λαμβάνοντας υπόψη το «όριο διπόλου» ενώ ορίζουμε τη στιγμή του διπόλου, όπου η απόσταση μεταξύ των φορτίων παραγωγής, για παράδειγμα, θα πρέπει να συγκλίνει στο 0.

Ο διαχωρισμός θετικών και αρνητικών ηλεκτρικών φορτίων μέσα σε ένα σύστημα μετριέται με τη ροπή ενός ηλεκτρικού διπόλου. Αυτό υποτίθεται ότι μετράει τη συνολική πολικότητα του συστήματος. Κουλόμ-μέτρο (Cm) είναι η μονάδα μέτρησης της ροπής του ηλεκτρικού διπόλου στο σύστημα SI. Το debye, με συντομογραφία D, είναι μια ευρέως χρησιμοποιούμενη μονάδα στην ατομική φυσική και χημεία.

Συμπέρασμα 

Εδώ μάθαμε για τη ροπή σε ένα δίπολο σε ένα ομοιόμορφο ηλεκτρικό πεδίο. Η συνιστώσα πρώτης τάξης της πολυπολικής διαστολής ορίζει ένα δίπολο σε ένα ομοιόμορφο ηλεκτρικό πεδίο θεωρία; αποτελείται από δύο αντίθετα και ίσα φορτία που είναι απειροελάχιστα κοντά μεταξύ τους. Παρόλο που τα δίπολα έχουν διαφορετικά φορτία - όταν μετρώνται σε απόσταση πολύ μεγαλύτερη από τον διαχωρισμό φορτίου, το δίπολο παρέχει μια αξιοπρεπή προσέγγιση του πραγματικού ηλεκτρικού πεδίου. Το δίπολο συνήθως αναπαρίσταται ως ένα διάνυσμα που εκτείνεται από το αρνητικό φορτίο στο θετικό φορτίο.