ما معنى ثنائي القطب الكهربائي؟ — الفيزياء

تعريف 27.6 الفيزياء الجامعية — السنة الأولى · الفصل 27 — الكمون الكهربائي؛ النواقل والمكثفات

شحنتان متعاكستان $-q$ عند $N$ و $+q$ عند $P$ ، تفترقان بالمسافة $a = NP$ ، تؤلفان ثنائي قطب كهربائيًّا عزمه $\vect p = q\,\vect{NP}$ (بوحدة $\mathrm{C}\,\mathrm{m}$ )، متجهًا من $-$ إلى $+$ . وتقريب ثنائي القطب هو دراسة مجاله على مسافات $r \gg a$ . وكل جزيء لا ينطبق فيه مركز الشحنة الموجبة على مركز السالبة (كالماء، $p = 6.2 \times 10^{-30}\,\mathrm{C}\,\mathrm{m}$ ) ثنائي قطب؛ والذرة المتعادلة في مجال تصير كذلك (وهو ثنائي قطب مستحث).

على اليمين: هندسة تقريب ثنائي القطب — فالنقطة M منظورًا إليها من المركز O على البعد r وبالزاوية عن p، مع مركّبتَي المجال القطرية والمعامدة. وعلى اليسار: خطوط المجال (بالأزرق، r 2) والأسطح المتساوية الكمون (بالبرتقالي، r √| |) لثنائي قطب متجه إلى اليمين؛ والمستوي المارّ بالنقطة O والعمودي على p هو السطح المتساوي الكمون V = 0. — على اليمين: هندسة تقريب ثنائي القطب — فالنقطة $M$ منظورًا إليها من المركز $O$ على البعد $r$ وبالزاوية $\theta$ عن $\vect p$ ، مع مركّبتَي المجال القطرية والمعامدة. وعلى اليسار: خطوط المجال (بالأزرق، $r \propto \sin^2\theta$ ) والأسطح المتساوية الكمون (بالبرتقالي، $r \propto \sqrt{|\cos\theta|}$ ) لثنائي قطب متجه إلى اليمين؛ والمستوي المارّ بالنقطة $O$ والعمودي على $\vect p$ هو السطح المتساوي الكمون $V = 0$ .

أمثلة

مثال 27.9 (لماذا يجذب المشط الورق)

يُحدث مشط مشحون مجالًا يتناقص مع البعد؛ وقصاصة من الورق، وهي متعادلة، تستقطبها (فتصير ثنائي قطب مستحثًّا على امتداد $\vect E$ )، وتجذبها القوة $p\,\dd E/\dd x$ على ثنائي قطب مطابق نحو منطقة المجال القوي: أي نحو المشط. ولا أهمية لإشارة شحنة المشط؛ والآلية نفسها تُبقي المنطاد على الجدار وتجعل خيط الماء ينحرف. وفي جزيئات الماء يكون $pE$ في مجال $1\,\mathrm{MV}/\mathrm{m}$ مساويًا $6 \times 10^{-24}\,\mathrm{J}$ ، أي أصغر $600$ مرة من $k_BT$ عند درجة حرارة الغرفة: فلا تنجو من التقلّب الحراري إلا مطابقة صافية طفيفة (التمرين 27.7).

اقرأ في الفصل ←