Vật Lý

Lưỡng cực điện là gì ? Moment lưỡng cực điện và bài tập lưỡng cực điện

Một lưỡng cực điện là một cặp điện tích điểm q và –q bằng nhau và trái dấu sao cho cách nhau một khoảng ký hiệu là 2a. Đường nối hai điện tích xác định phương trong không gian. Mặc dù người ta coi rằng hướng từ –q đến q là hướng của lưỡng cực . Vị trí trung điểm của –q và q được gọi là tâm của lưỡng cực. Hãy cùng tham khảo với hocdientu nhé !

Lưỡng cực điện là gì ? Moment lưỡng cực điện và bài tập lưỡng cực điện
Lưỡng cực điện là gì ? Moment lưỡng cực điện và bài tập lưỡng cực điện

Tính toán lưỡng cực điện

Điện trường của cặp điện tích (–q và q) tại bất kỳ điểm nào trong không gian có thể được tìm ra từ định luật Coulomb và nguyên lý chồng chất. Mặc dù, tùy thuộc vào các tình huống khác nhau, điện trường có xu hướng thay đổi. Ví dụ,

Đối với các điểm trên trục

Cho điểm P cách tâm lưỡng cực một khoảng r trên mặt mang điện tích q .

Tính toán lưỡng cực điện
Tính toán lưỡng cực điện

P là véc tơ đơn vị dọc theo trục lưỡng cực (từ –q đến q )

Tổng trường tại P là

Tương tự, điện trường sẽ khác đối với một tình huống khác như

(ii) Cho các điểm trên mặt phẳng xích đạo.

Ý nghĩa của lưỡng cực điện

Lưỡng cực điện đề cập đến việc nghiên cứu hiện tượng và hành vi của các điện tích trái dấu hiện diện xung quanh chúng ta và phản ứng của chúng như thế nào nếu chúng được giữ ở khoảng cách xa.

  • Trong hầu hết các phân tử, tâm của các điện tích dương và các điện tích âm nằm ở cùng một vị trí. Do đó, mômen lưỡng cực của chúng bằng không. CO2 và CH4 là những ví dụ về loại phân tử này.
  • Tuy nhiên, chúng phát triển một mômen lưỡng cực khi một điện trường được áp dụng.
  • Phân tử phân cực – Nhưng cũng có khả năng là trong một số phân tử, tâm của các điện tích âm và các điện tích dương không trùng với nhau. Do đó, chúng có mômen lưỡng cực điện vĩnh viễn, ngay cả khi không có điện trường. Những phân tử như vậy được gọi là phân tử phân cực. Phân tử nước, H2O, là một ví dụ của loại phân tử này.
  • Các vật liệu khác nhau làm nảy sinh các đặc tính thú vị và các ứng dụng quan trọng khi có hoặc không có điện trường.

Momen lưỡng cực điện là gì?

Mômen lưỡng cực thường được biết đến như là thước đo chính xác cường độ liên quan đến một lưỡng cực điện. Theo các nghiên cứu dựa trên các kết luận khoa học và toán học, cường độ mômen lưỡng cực là tích số của một trong hai điện tích là điện tích dương hoặc điện tích âm và khoảng cách phân tách được ký hiệu là (d) giữa chúng. Điều này cũng biểu thị rằng momen lưỡng cực là một đơn vị đo vectơ có hướng chạy từ điện tích âm sang điện tích dương.

Công thức tính momen lưỡng cực điện

Công thức tính mômen lưỡng cực điện của một cặp điện tích bằng nhau & trái dấu là

p = qd

Đó là; độ lớn của các điện tích nhân với khoảng cách giữa hai điện tích (điện tích dương và điện tích âm).

Moment lưỡng cực điện là gì?
Moment lưỡng cực điện là gì?
mômen lưỡng cực điện

Hướng của Momen lưỡng cực điện

Mômen lưỡng cực điện là một đại lượng vectơ và nó có hướng xác định đã được cố định. Chiều của lưỡng cực điện nói chung là từ điện tích âm sang điện tích dương. Mặc dù vậy, cũng cần nhớ rằng quy ước về hướng này chỉ được tuân theo trong Vật lý.

Hướng của Momen lưỡng cực điện
Hướng của Momen lưỡng cực điện
Hướng của Moment lưỡng cực điện

Trong Hóa học, khái niệm hoàn toàn ngược lại, tức là từ điện tích dương chuyển sang điện tích âm. Đường dọc theo hướng của một lưỡng cực điện được gọi là trục của lưỡng cực như đã nói ở trên.

Định luật Coulomb là gì?

Định luật Coulomb về cơ bản đề cập đến phát biểu định lượng về lực giữa hai điện tích điểm .

Đôi khi, kích thước tuyến tính của các vật thể tích điện nhỏ hơn nhiều so với khoảng cách ngăn cách chúng và trong trường hợp đó, kích thước có thể bị bỏ qua nhưng các vật thể tích điện được coi là điện tích điểm.

Coulomb đo lực giữa hai điện tích điểm và thấy rằng nó biến thiên nghịch với bình phương khoảng cách giữa các điện tích và tỷ lệ thuận với tích độ lớn của hai điện tích (điện tích dương và âm) và tác dụng dọc theo đường nối hai khoản phí.

Như vậy, nếu hai điện tích điểm q 1 , q 2 đặt cách nhau một khoảng (kí hiệu là) r trong chân không thì độ lớn của lực (F) giữa chúng bằng:

F = K q1 q2 / r2

Định luật Cu lông

Định luật Coulomb là gì?
Định luật Coulomb là gì?

Những điều cần ghi nhớ

  • Lưỡng cực điện là một cặp điện tích điểm q và –q bằng nhau, trái dấu, đặt cách nhau một khoảng kí hiệu là 2a.
  • Công thức tính mômen lưỡng cực điện là p = qd.
  • Các phân tử hầu hết có điện tích âm và dương nằm ở cùng một vị trí và do đó, mômen lưỡng cực của chúng bằng không.
  • Đường dọc theo hướng của một lưỡng cực điện được gọi là trục của lưỡng cực.
  • Vị trí trung điểm của –q và q được gọi là tâm của lưỡng cực.

Bài tập lưỡng cực điện

Câu hỏi: Mômen lưỡng cực là bao nhiêu đối với một lưỡng cực có điện tích bằng nhau -4C và 4C đặt cách nhau 4cm.

Trả lời: Mômen lưỡng cực được tính toán cho điều kiện này là, p = qx d. Như vậy, p = 4 x 0,04 = 0,16 Cm.

Câu hỏi: Thế nào là điện thế cho một lưỡng cực? Thế điện do lưỡng cực (V)? 

Trả lời: Giả sử có hai điện tích –q cố định tại điểm A và + q cố định tại điểm B. Hai điện tích này cách nhau một khoảng d, do đó tạo ra một lưỡng cực.

Bây giờ, giả sử trung điểm giữa AB là O. Do đó, hiệu điện thế do lưỡng cực đặt tại một điểm bất kỳ P, khi OP = r, được tính như sau:

V = (1 / 4πε) x pcosΘ / r2

Câu hỏi. Định hướng nào của một lưỡng cực điện trong điện trường đều tương ứng với trạng thái cân bằng (i) ổn định và (ii) không bền của nó? (2 điểm)

Trả lời. (i) Ở trạng thái cân bằng bền, mômen lưỡng cực song song với hướng của điện trường (tức là, θ = 0).

(ii) Ở trạng thái cân bằng không bền PE là cực đại, do đó θ = π, tức là; momen lưỡng cực ngược chiều với điện trường.

Câu hỏi. Lực thuần tác dụng lên một lưỡng cực đặt trong điện trường đều là? 

Trả lời. Lực tác dụng lên hai điện tích dương và âm tạo thành lưỡng cực bằng nhau và ngược chiều nhau. Do đó, lực thực bằng không.

Câu hỏi. Đơn vị SI của momen lưỡng cực là gì? Khi nào thì momen trên lưỡng cực cực đại?

Trả lời. Đơn vị SI của mômen lưỡng cực là Coulomb.meter.

Khi giữ lưỡng cực vuông góc với trường thì mômen cực đại.

Câu hỏi. Vẽ các bề mặt đẳng thế cho một lưỡng cực điện. 

Trả lời: Cho dưới đây là bề mặt đẳng thế của một lưỡng cực điện:

Câu hỏi. (a) Tìm biểu thức cho điện trường E do một lưỡng cực có chiều dài ‘2a’ tại một điểm cách tâm của lưỡng cực r trên đường trục là r.
(b) Vẽ đồ thị của E so với r cho r >> a.
(c) Nếu lưỡng cực này được giữ trong điện trường ngoài đều E0 biểu diễn theo đường biểu đồ vị trí của lưỡng cực ở trạng thái cân bằng ổn định và không ổn định và viết biểu thức mômen tác dụng lên lưỡng cực trong cả hai trường hợp. 

Trả lời. a) Xét một lưỡng cực điện AB. Các điện tích -q và + q của lưỡng cực lần lượt được đặt tại A và B, như thể hiện trong hình. Khoảng cách giữa các điện tích là 2a. Mômen lưỡng cực điện được cho bởi

p = q. 2a… (tôi)

Xét một điểm P trên trục của lưỡng cực cách trung điểm O của lưỡng cực điện một khoảng r. Khoảng cách của điểm P từ điện tích + q tại B là,

BP = ra

và khoảng cách của điểm P từ điện tích -q tại A là,

AP = r + a Gọi E1 và E2 lần lượt là cường độ điện trường tại điểm P do các điện tích + q và -q gây ra.


Câu hỏi. a) Tính biểu thức điện trường tại một điểm bất kỳ trên đường xích đạo của một lưỡng cực điện.
(b) Các điện tích điểm giống hệt nhau, q đặt cách nhau 2 m trong không khí. Một điện tích điểm thứ ba Q có độ lớn và dấu chưa biết được đặt trên đường nối các điện tích sao cho hệ ở trạng thái cân bằng. Tìm vị trí và tính chất của Q. 

Trả lời. (a) Xét một lưỡng cực điện gồm các điện tích -q và + q cách nhau một khoảng bằng 2a và được đặt trong không gian trống. Gọi P là một điểm trên đường xích đạo của lưỡng cực cách tâm của lưỡng cực một khoảng r.

 



Đây là biểu thức bắt buộc.

(b) Cho hai điện tích + q đặt tại điểm A và điểm B cách nhau 2 m trong không khí.

Giả sử, điện tích thứ ba Q (chưa biết độ lớn và điện tích) được đặt tại một điểm O, trên đường nối hai điện tích kia, sao cho OA = x và OB 2-x.

Để hệ ở trạng thái cân bằng, lực thuần trên mỗi 3 điện tích phải bằng không.

Nếu chúng ta giả sử rằng điện tích Q đặt tại O là dương thì lực tác dụng lên nó tại O có thể bằng không. Nhưng lực tác dụng lên điện tích q tại điểm A hoặc điểm B sẽ không bằng không. Đó là do các lực tác dụng lên một điện tích q do hai điện tích còn lại sẽ tác dụng cùng phương. Nếu điện tích Q là âm thì lực tác dụng lên q do hai điện tích còn lại sẽ tác dụng ngược chiều nhau.

Do đó, Q sẽ là âm về bản chất. Để điện tích (-Q) ở trạng thái cân bằng Lực tác dụng lên điện tích (-q) do điện tích (+ q) tại điểm A nên bằng và ngược chiều với điện tích (+ Q) tại B

Do đó, để hệ ở trạng thái cân bằng, người ta đặt một điện tích – Q tại điểm chính giữa hai điện tích + q.

Câu hỏi : Lực tương tác giữa hai lưỡng cực điện ngắn đồng trục mà các tâm của chúng cách nhau một khoảng R thay đổi là ?

Đỗ Thủy Học Điện Tử

Tôi một người đam mê cung cấp kiến thức cuộc sống và kiến thức giáo dục văn học , vật lý , điện tử đến cho mọi người hãy cùng tôi tiếp nhận kiến thức mới nhé !

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai.

Back to top button