Ηλεκτρικά δίπολα σε ομοιόμορφο ηλεκτροστατικό πεδίο

Ένα ηλεκτρικό πεδίο λέγεται ότι είναι μια ιδιότητα που υπάρχει στον χώρο όπου υπάρχει οποιοδήποτε φορτίο. Ένας άλλος όρος που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να περιγράψει τα ηλεκτρικά πεδία είναι η δύναμη ανά μονάδα φορτίου.

Ο τύπος για τον υπολογισμό του ηλεκτρικού πεδίου είναι:

E=F/Q
όπου, F θεωρείται η ηλεκτροστατική δύναμη και Q είναι το φορτίο.

Τα γεγονότα που προκαλούν ένα ηλεκτρικό πεδίο είναι μεταβαλλόμενα μαγνητικά πεδία και ηλεκτρικά φορτία. Το βολτ ανά μέτρο (V/m) είναι η μονάδα SI για τη μέτρηση της έντασης του ηλεκτρικού πεδίου.

Η κατεύθυνση του ηλεκτρικού πεδίου δίνεται από την κατεύθυνση της δύναμης που ασκεί το φορτίο δοκιμής. Το θετικό φορτίο παράγει ένα ακτινικά προς τα έξω ηλεκτρικό πεδίο, ενώ το αρνητικό φορτίο παράγει ένα ακτινικά προς τα μέσα ηλεκτρικό πεδίο.

Ηλεκτρικό πεδίο:

Το ηλεκτρικό πεδίο περιγράφεται τεχνικά ως ένα διανυσματικό πεδίο που μπορεί να συσχετιστεί με κάθε θέση στο διάστημα και αντιπροσωπεύει τη δύναμη ανά μονάδα φορτίου που ασκείται σε ένα θετικό δοκιμαστικό φορτίο σε ηρεμία σε αυτό το σημείο.

Το ηλεκτρικό πεδίο δημιουργείται από το ηλεκτρικό φορτίο ή από μαγνητικά πεδία που αλλάζουν με την πάροδο του χρόνου. Το ηλεκτρικό πεδίο είναι υπεύθυνο για τις δυνάμεις έλξης που συγκρατούν τον ατομικό πυρήνα και τα ηλεκτρόνια μαζί στην ατομική κλίμακα.

Ας υποθέσουμε ένα φορτισμένο σωματίδιο Q στη θέση X και ένα δοκιμαστικό φορτίο q στη θέση x.

Τώρα, η ηλεκτροστατική δύναμη στο δοκιμαστικό φορτίο θα δοθεί ως:

Ηλεκτρικό δίπολο:

Όταν ένα ζεύγος αντίθετων φορτίων έστω +q και-q διαχωρίζονται και η απόσταση μεταξύ τους είναι d τότε αυτή η διάταξη είναι γνωστή ως ηλεκτρικό δίπολο. Η κατεύθυνση ενός ηλεκτρικού διπόλου είναι από το αρνητικά φορτισμένο σωματίδιο προς το θετικά φορτισμένο σωματίδιο. Το κέντρο του διπόλου είναι το σημείο όπου συναντώνται τα δύο φορτία. Ένα ζεύγος ηλεκτρικών φορτίων που έχουν αντίθετα πρόσημα αλλά είναι ίσα σε μέγεθος που χωρίζονται από απόσταση είναι το απλούστερο παράδειγμα ηλεκτρικού διπόλου.

Το σύμβολο για ένα ηλεκτρικό δίπολο είναι P

Το γινόμενο του μεγέθους των φορτίων πολλαπλασιαζόμενο με την απόσταση μεταξύ τους είναι γνωστό ως ηλεκτρικό δίπολο, το οποίο μπορεί να εκφραστεί μαθηματικά ως P=Qd όπου Q είναι το μέγεθος των φορτίων και d είναι η απόσταση μεταξύ των φορτίων.

Κατεύθυνση διπολικής στιγμής:

Η ηλεκτρική διπολική ροπή είναι ένα διανυσματικό μέγεθος του οποίου η κατεύθυνση είναι από το αρνητικό φορτίο προς το θετικό φορτίο. Είναι πολύ σημαντικό να θυμόμαστε, ωστόσο, ότι αυτός ο κανόνας προσανατολισμού ακολουθείται αποκλειστικά στη Φυσική. Όμως, στη χημεία αυτή η σύμβαση αντιστρέφεται, δηλαδή η κατεύθυνση θα είναι από θετική προς αρνητική. Ο άξονας του διπόλου είναι η γραμμή που διέρχεται από τα φορτία και την κατεύθυνση του ηλεκτρικού διπόλου

Σημασία του διπόλου:

Το ηλεκτρικό δίπολο είναι ένα σημαντικό θέμα τόσο στην ηλεκτροστατική όσο και στη χημεία. Επειδή τα κέντρα θετικών και αρνητικών φορτίων στα περισσότερα μόρια εμφανίζονται στο ίδιο σημείο, η απόσταση μεταξύ δύο φορτίων μπορεί να θεωρηθεί ως μηδέν. Το διοξείδιο του άνθρακα και το μεθάνιο λέγεται ότι ανήκουν στην κατηγορία ροπής μηδενικού διπολικού. Αυτός ο τύπος μορίων που έχουν μηδενική διπολική ροπή είναι γνωστά ως μη πολικά μόρια. Τα πολικά μόρια είναι εκείνα που έχουν μια επίμονη διπολική ροπή επειδή τα κέντρα θετικού και αρνητικού φορτίου βρίσκονται σε κάποια απόσταση.

Ηλεκτρικό δίπολο που χρησιμοποιείται σε επιστημονική εφαρμογή:

Στη σφαίρα της επιστήμης, η ηλεκτρική διπολική ροπή έχει μια σειρά από βασικές χρήσεις. Όταν η επίδραση του μικροσκοπικού διαχωρισμού φορτίου είναι προφανής, αλλά η πραγματική απόσταση μεταξύ αυτών των φορτίων είναι πολύ μικρή για να υπολογιστεί, αυτή είναι μια χρήσιμη ιδέα.

Η πλειοψηφία των μορίων έχει μόνιμες ηλεκτρικές διπολικές ροπές, όπως έχει φανεί. Όταν τα μόρια και τα άτομα συγκρατούνται σε ένα εξωτερικό ηλεκτρικό πεδίο, μπορούν να αποκτήσουν μόνιμη ηλεκτρική διπολική ροπή.

Ένα δυναμικό «ηλεκτρικής διπολικής ροπής» υπολογίζεται αθροίζοντας τα δυναμικά των θετικών και αρνητικών φορτίων που το δημιουργούν. Με απλούς όρους, μια ηλεκτρική διπολική ροπή είναι η ακριβής μέτρηση της αντοχής που σχετίζεται με οποιοδήποτε ηλεκτρικό δίπολο.

Μια μελέτη του ηλεκτρικού διπόλου μπορεί να σας βοηθήσει να κατανοήσετε καλύτερα τις εφαρμογές και την απόδοση των πολικών ενώσεων. Πρόκειται για μόρια που έχουν ηλεκτρική διπολική ροπή ακόμα και όταν δεν βρίσκονται σε επαφή με ηλεκτρικό πεδίο. Οι μεσαίες περιοχές ενός αρνητικού φορτίου και ενός θετικού φορτίου συμπίπτουν στα περισσότερα μόρια. Επομένως, η ηλεκτρική διπολική ροπή τους είναι μηδέν.

Συμπέρασμα:

Ένα ζεύγος αντίθετων φορτίων q και –q που χωρίζονται με απόσταση d αναφέρεται ως ηλεκτρικό δίπολο. Η κατεύθυνση του ηλεκτρικού πεδίου ορίζεται πάντα από το αρνητικά φορτισμένο σωματίδιο προς το θετικά φορτισμένο σωματίδιο. Το κέντρο του διπόλου ορίζεται ως το σημείο όπου συναντώνται q και –q. Ένα ζεύγος ηλεκτρικών φορτίων που έχουν αντίθετα φορτία και χωρίζονται από απόσταση θεωρείται το απλούστερο παράδειγμα ηλεκτρικού διπόλου. Σε ένα ομοιόμορφο ηλεκτρικό πεδίο, η καθαρή δύναμη που ασκείται σε ένα δίπολο είναι μηδέν. Οι δυνάμεις που δρουν στα δύο φορτία του διπόλου είναι ίσες και αντίθετες. Ως αποτέλεσμα, η καθαρή δύναμη είναι μηδενική.