Δίπολο Ηλεκτρικού Δυναμικού

Ένα δίπολο ορίζεται ως μια διάταξη δύο αντίθετων και ίσων φορτίων που συνδέονται με μια γραμμή που διέρχεται από τα κέντρα τους, με το μήκος του διπόλου να είναι η απόσταση μεταξύ τους. Ας υποθέσουμε ότι ένα τυχαίο σημείο υπάρχει οπουδήποτε και θέλουμε να μάθουμε πόσο δυναμικό δημιουργεί το παρακάτω δίπολο σε αυτή τη θέση. Επειδή υπάρχουν δύο φορτία, το ηλεκτρικό δυναμικό είναι ίσο με το άθροισμα των δυναμικών που παράγονται από το καθένα από αυτά. Θα μάθουμε πώς να υπολογίζουμε το ηλεκτρικό δυναμικό κοντά σε ένα δίπολο σε αυτήν την ανάρτηση.

Ηλεκτρικό δίπολο

Το ηλεκτρικό δυναμικό είναι ίσο με το άθροισμα των δυναμικών που παράγονται και από τα δύο φορτία επειδή υπάρχουν δύο από αυτά. Σε αυτήν την ανάρτηση, θα δούμε πώς να υπολογίσουμε το ηλεκτρικό δυναμικό κοντά σε ένα δίπολο. Τώρα, για να λάβουμε τον τύπο μας, πρέπει να φανταστούμε το σημείο P να απέχει πολύ από τα φορτία και το μήκος του διπόλου να είναι σημαντικά μικρότερο από την απόσταση του P. Επίσης, επειδή η απόσταση μεταξύ των τοποθεσιών αλλάζει, το δυναμικό σε αυτές θα είναι μεταβλητό. Όπως όλοι γνωρίζουμε, το δυναμικό και η απόσταση είναι άρρηκτα συνδεδεμένα.

Το σύμβολο για ένα ηλεκτρικό δίπολο είναι.

Ένα ηλεκτρικό δίπολο ορίζεται ως το γινόμενο του μεγέθους των φορτίων πολλαπλασιαζόμενο με την απόσταση μεταξύ τους και μπορεί να εκφραστεί μαθηματικά ως εξής: 

Το μέγεθος ενός ηλεκτρικού διπόλου δηλώνεται ως:

P=Qd

Κατεύθυνση ροπής ηλεκτρικού διπόλου

Η ηλεκτρική διπολική ροπή είναι ένα διανυσματικό μέγεθος με καθορισμένη κατεύθυνση διαδρομής από το αρνητικό στο θετικό φορτίο. Είναι σημαντικό να θυμάστε, ωστόσο, ότι αυτό το πρότυπο προσανατολισμού χρησιμοποιείται μόνο στη Φυσική. Η πολικότητα μιας ουσίας πρέπει να αντιστρέφεται στη χημεία, από θετική σε αρνητική. Η γραμμή που ταξιδεύει κατά μήκος της κατεύθυνσης ενός ηλεκτρικού διπόλου είναι γνωστή ως άξονας του διπόλου.

Λόγω ενός Διπόλου, υπάρχει ηλεκτρικό δυναμικό (V)

Ας υποθέσουμε ότι ένα δίπολο δημιουργείται από δύο φορτία που χωρίζονται με d, –q στο A και +q στο B. Υποθέστε ότι το O είναι το μέσο του AB. Το ηλεκτρικό δυναμικό που οφείλεται σε ένα δίπολο σε κάθε σημείο P όπου OP =r είναι:

Τι σημαίνει η ύπαρξη ηλεκτρικής διπολικής ροπής;

Είναι ουσιαστικά μια ακριβής μέτρηση της αντοχής ενός ηλεκτρικού διπόλου. Σύμφωνα με τα μαθηματικά και τις επιστημονικές μελέτες, το μέγεθος διπολικής ροπής είναι το γινόμενο είτε του φορτίου είτε της απόστασης διαχωρισμού «d» μεταξύ τους. Λάβετε υπόψη ότι η διπολική ροπή είναι μια διανυσματική μέτρηση με κατεύθυνση φορτίου από αρνητικό προς θετικό.

Η ηλεκτρική δυναμική ενέργεια ενός διπόλου

Γνωρίζουμε ότι ίσες και αντίθετες δυνάμεις αλληλοεξουδετερώνονται σε ένα δίπολο, αλλά η ροπή που ενεργεί παράλληλα με το σύστημα το περιστρέφει.

Αν το p υποδηλώνει μια διπολική ροπή που δεν είναι ευθυγραμμισμένη με το ομοιόμορφο ηλεκτρικό πεδίο E, τότε, επομένως, η ροπή είναι υπεύθυνη για την ευθυγράμμιση του E στο p και το μέγεθός της είναι:  

Η φυσική σημασία του Διπόλου

Το ηλεκτρικό δίπολο είναι σημαντικό τόσο στην ηλεκτροστατική όσο και στη χημεία. Η απόσταση μεταξύ δύο φορτίων είναι μηδέν επειδή τα κέντρα θετικών και αρνητικών φορτίων στα περισσότερα μόρια βρίσκονται στην ίδια θέση Η κατηγορία ροπής μηδενικού διπολικού περιλαμβάνει το διοξείδιο του άνθρακα και το μεθάνιο. Αυτός ο τύπος μορίου είναι γνωστός ως μη πολικό μόριο. Επειδή τα κέντρα θετικού και αρνητικού φορτίου δεν συμπίπτουν, τα πολικά μόρια παρουσιάζουν μια επίμονη διπολική ροπή. Ένα πολικό μόριο είναι εκείνο στο οποίο το κέντρο μάζας του θετικού φορτίου δεν ταιριάζει με το κέντρο μάζας του αρνητικού φορτίου.

Μη πολικά μόρια είναι εκείνα στα οποία το κέντρο μάζας του θετικού φορτίου είναι το ίδιο με το κέντρο μάζας του αρνητικού φορτίου.

Οι πολικές ενώσεις έχουν μόνιμες διπολικές ροπές. Αυτά τα δίπολα προσανατολίζονται τυχαία απουσία εξωτερικού ηλεκτρικού πεδίου. Τα πολικά μόρια ευθυγραμμίζονται προς την κατεύθυνση του ηλεκτρικού πεδίου όταν εφαρμόζεται. Εάν το καθαρό φορτίο ενός συστήματος είναι μηδέν, αυτό δεν σημαίνει ότι δεν θα υπάρχει ηλεκτρικό πεδίο ή ότι δεν θα υπάρχει. Αυτό αποδείχθηκε χρησιμοποιώντας την ηλεκτρική διπολική ροπή. Ως αποτέλεσμα, είναι απαραίτητο να μάθετε πώς να διερευνάτε ένα ηλεκτρικό δίπολο. Η κατανόηση της πόλωσης βοηθά στην κατανόηση των διπόλων και των διπολικών ροπών.

Συμπέρασμα

Το ηλεκτρικό δυναμικό είναι ίσο με το άθροισμα των δυναμικών που παράγονται και από τα δύο φορτία επειδή υπάρχουν δύο από αυτά. Σε αυτήν την ανάρτηση, θα δούμε πώς να υπολογίσουμε το ηλεκτρικό δυναμικό κοντά σε ένα δίπολο. Ένα δίπολο ορίζεται ως μια διάταξη δύο αντίθετων και ίσων φορτίων που συνδέονται με μια γραμμή που διέρχεται από τα κέντρα τους, με το μήκος του διπόλου να είναι η απόσταση μεταξύ τους. Οι αριθμητικές και οι άμεσες παράγωγες σταθμίζονται σε μεγάλο βαθμό στο κεφάλαιο Φυσική, επομένως συνιστάται στους μαθητές να μην παραλείπουν κανένα βασικό θέμα. Η εξέταση θέτει πρόσθετες ερωτήσεις σχετικά με παραγώγους ή θέματα όπως η ενέργεια που αποθηκεύεται σε πυκνωτές, το δυναμικό λόγω ηλεκτρικού διπόλου και η δυνητική ενέργεια ενός συστήματος φορτίων. Η εξέταση περιλαμβάνει ερωτήσεις σύντομης και μεγάλης απάντησης σχετικά με αριθμούς. Επειδή οι περίπλοκοι συνδυασμοί πυκνωτών θα δοκιμαστούν στην εξέταση για να προσδιοριστεί η αποτελεσματική χωρητικότητα ή η φόρτιση στις πλάκες, όλοι οι μαθητές ενθαρρύνονται να μελετήσουν το υλικό διεξοδικά.