La carga eléctrica tiene que ver con nosotros, y hay varias pruebas que respaldan esta afirmación. ¿Alguna vez has pasado un peine por una toalla y lo has llevado hasta tu cabello? Verás que esa parte de tu cabello es atraída por el peine. Esto está relacionado principalmente con la producción de carga eléctrica. Intentaremos interpretar el comportamiento de las cargas opuestas cuando se mantienen a distancia en esta sección. Esta es la idea del dipolo eléctrico, que es una parte importante de la electrostática.
¿Qué es un dipolo eléctrico?
Un par de objetos con cargas iguales y opuestas separados por una gran distancia se denomina dipolo eléctrico. Se supone que la primera carga es negativa (-q), mientras que la segunda carga sigue siendo positiva (q). Los dipolos eléctricos en el espacio siempre se dirigen desde la carga negativa ‘-q’ a la carga positiva ‘q’ por defecto. El centro del dipolo es el punto donde se encuentran ‘q’ y ‘-q’.
Un par de cargas opuestas q y -q separadas por una distancia d se llama Dipolo Eléctrico.
¿Qué es el momento dipolar eléctrico?
Es esencialmente una medida precisa de la fuerza de un dipolo eléctrico. La magnitud del momento dipolar es el producto de cualquiera de las cargas y la distancia de separación ‘d’ entre ellas, según resultados matemáticos y científicos. Tenga en cuenta que el momento dipolar es una medida vectorial con una dirección de carga negativa a positiva.
Para un par de cargas iguales y opuestas, la fórmula del momento dipolar eléctrico es:
p = qd
dónde,
- q es la magnitud de las cargas,
- d es la magnitud de la distancia entre ellos, &
- p es el momento dipolar eléctrico.
El momento dipolar eléctrico es una cantidad vectorial con una dirección específica de viaje de carga negativa a positiva.
Potencial eléctrico debido al dipolo
Suponga que un dipolo está formado por dos cargas, –q en A y +q en B, separadas por una distancia d. Suponga que O es el punto medio de AB.
En todo lugar P donde OP = r, el potencial eléctrico correspondiente a un dipolo será:
V = (1 ⁄ 4 π ε) (pag porque θ ⁄ r 2 )
dónde,
- V es el potencial eléctrico,
- p es el momento dipolar eléctrico,
- r es la distancia de un punto de potencial, &
- θ es el ángulo subtendido por el dipolo al punto.
Caso I: Para θ = 0°, V = (1 ⁄ 4 π ε) (p ⁄ r 2 )
Caso II: Para θ = 90°, V = 0
Dipolo colocado en un campo eléctrico
A pesar de que las dos fuerzas que actúan en el extremo del dipolo se cancelan como vectores libres, operan como puntos separados. Como resultado, se crea un par en el dipolo. Además, el dipolo tiene una acción giratoria como resultado del par.
Considere un dipolo eléctrico en presencia de un campo eléctrico. El dipolo eléctrico estará sujeto a alguna fuerza, que se conoce como par. El torque es la fuerza que se ejerce sobre los dipolos en un campo externo, y se calcula de la siguiente manera:
τ = pag × mi
o
τ = p E senθ
dónde,
- τ es el par en el dipolo,
- E es el campo eléctrico, &
- θ es el ángulo entre el dipolo y el campo eléctrico.
Como resultado, un dipolo tiende a alinearse paralelo al campo en cuestión en presencia de un campo eléctrico homogéneo. También se deben cumplir otros requisitos, como la orientación que permanece en un ángulo distinto de cero representado por la letra ‘q’. Además, la energía potencial debe almacenarse en el dipolo en una orientación preferida, que va desde q = 0 hasta q > 0.
Importancia física del dipolo
La teoría de un dipolo eléctrico es importante no solo en física, sino que también es un tema legítimo e importante en química.
Sabemos que la mayoría de los materiales son eléctricamente neutros ya que están formados por átomos y moléculas. Las moléculas se clasifican en dos categorías según el comportamiento del par de cargas.
- Moléculas polares: Una molécula polar es aquella en la que el centro de masa de la carga positiva no se corresponde con el centro de masa de la carga negativa.
- Moléculas no polares: Una molécula no polar es aquella en la que el centro de masa de la carga positiva se corresponde con el centro de masa de la carga negativa.
Los momentos dipolares permanentes existen en los compuestos polares. En ausencia de un campo eléctrico externo, estos dipolos están orientados arbitrariamente. Cuando se aplica un campo eléctrico, las moléculas polares se alinean en la dirección del campo.
Si la carga neta en un sistema es cero, no implica que no habrá campo eléctrico o que faltará. El momento dipolar eléctrico se utilizó para demostrar esto. Como resultado, el estudio de un dipolo eléctrico es crucial. Comprender la noción de polarización nos ayuda a comprender los dipolos y los momentos dipolares.
Problemas de muestra
Problema 1: ¿Cuál es el momento dipolar para un dipolo que tiene cargas iguales -3 C y 3 C separadas por una distancia de 5 cm?
Solución:
Dado:
Magnitud de carga, q = 3 C
Distancia entre las cargas, d = 5 cm = 0,05 m
La fórmula para el momento dipolar se da como:
p = qd
= 3 C × 0,05 m
= 0,15 cm
Por lo tanto, el momento dipolar para un dipolo dado es de 0,15 Cm .
Problema 2: ¿Cuándo es máximo el par en un dipolo?
Solución:
El momento de torsión en un dipolo en un campo eléctrico está dado por,
τ = p E senθ
Cuando el dipolo se mantiene perpendicular al campo, es decir, θ = 90°, el par es máximo.
Problema 3: ¿Cuál es la fuerza neta que actúa sobre un dipolo colocado en un campo eléctrico uniforme?
Solución:
Las fuerzas sobre las dos cargas que constituyen el dipolo son iguales y opuestas.
Por lo tanto, la fuerza neta es cero.
Problema 4: Un dipolo eléctrico con un momento dipolar de 3 × 10 -8 Cm está alineado a 90° con la dirección de un campo eléctrico uniforme de magnitud 2 × 10 4 N ⁄ C. ¿Calcula la magnitud del par que actúa sobre el dipolo?
Solución:
Dado:
Momento dipolar, p = 3 × 10 -8 Cm
Magnitud del campo eléctrico, E = 2 × 10 4 N ⁄ C
Ángulo entre dipolo y campo eléctrico, θ = 90°
La fórmula para el torque en un dipolo se da como:
τ = p E senθ
= 3 × 10 -8 Cm × 2 × 10 4 N ⁄ C × sen 90°
= 6 × 10 -4 Nm
Por lo tanto, la magnitud del par que actúa sobre el dipolo es 6 × 10 -4 Nm .
Problema 5: ¿Cuál es la dirección del dipolo?
Responder:
Un dipolo eléctrico es un par de cargas puntuales iguales y opuestas q y -q, separadas por una distancia d.
Por convención, se dice que la dirección de -q (carga negativa) a +q (carga positiva) es la dirección del dipolo.