Il Dipolo Elettrico
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FISICA SPERIMENTALE II! ì Corso di laurea in Chimica (6CFU, 48 ORE)! Docente: Claudio Melis, Ricercatore a tempo determinato presso il Dipartimento di Fisica! Email: [email protected]! ! Telefono Ufficio :070 675 4929! ! Pagina web: http://people.unica.it/claudiomelis/! ! Orario di Ricevimento:Venerdì dalle ore 15:00 alle ore 17:00! Presso il Dipartimento di Fisica, secondo piano torre C ufficio 24! ! ! Conduttore posto in un campo elettrico! In un conduttore immerso in un campo elettrico esterno le cariche elettriche! libere di muoversi vengono spinte dalla forza del campo elettrico fino ad addensarsi sulle superfici finché il campo che esse producono allʼinterno del conduttore non annulla completamente il campo esterno applicato, producendo così un equilibrio.! Conduttore posto in un campo elettrico! In conclusione:! ! 1) in un conduttore posto in un campo elettrostatico e che sia in equilibrio elettrico, il campo elettrico nei punti interni è nullo;! 2) il campo elettrico alla superficie di un conduttore in equilibrio è normale alla superficie (altrimenti le cariche sarebbero libere di muoversi fino a raggiungere un equilibrio, campo nullo);! ! 3) lʼintera carica elettrica di un conduttore in equilibrio si trova sulla sua superficie! Dielettrici! Dielettrico: materiale non conduttore (gomma, vetro, carta paraffinata)! Al contrario dei conduttori anche in presenza di un campo elettrico esterno in essi non si genera un movimento di cariche.! Sperimentalmente si osserva che introducendo tra le armature di un! condensatore un dielettrico:! il ΔV (e quindi il campo) diminuisce! Se lo spazio è completamente riempito:! Polarizzazione della materia! Nella materia non conduttrice costituita da atomi, e quindi da un insieme di cariche positive (nuclei) e negative (elettroni), ci troviamo in presenza di una situazione di neutralità elettrica a livello macroscopico.! A livello microscopico possiamo avere due situazioni: ! (i) i baricentri della carica negativa e di quella positiva non coincidono; ! (ii) il baricentro della carica positiva e di quella negativa coincidono.! Nel primo caso la materia presenta dipoli microscopici. Nel secondo caso non abbiamo dipoli microscopici.! Il Dipolo Elettrico ! Dipolo Elettrico: due cariche (puntiformi) +q e –q (stesso modulo,segno opposto a distanza a.! ! Momento di Dipolo, P: Vettore di modulo! qa che va da da –q a +q! Il Dipolo Elettrico ! Anche per un sistema di più cariche (se neutro) si può definire un momento di dipolo! Due tipi di Dipolo ! ì Il dipolo può essere indotto da un campo elettrico esterno che sposta le cariche positive e negative! In questo caso Il dipolo ha necessariamente lo stesso verso del campo esterno! ì Il dipolo può essere permanente: cʼè una distribuzione asimmetrica stabile di carica! In questo caso Il dipolo può avere un arbitraria! orientazione Polarizzazione della materia! I dipoli elettrici della materia posti in un campo elettrico! Nei materiali comuni costituiti da dipoli elettrici microscopici in assenza di campo elettrico esterno i dipoli sono orientati in modo casuale, come conseguenza dellʼagitazione termica, e non si manifesta nessun effetto elettrico macroscopico.! I dipoli elettrici della materia posti in un campo elettrico! Se il materiale in questione è immerso in un campo elettrico esterno, i dipoli cominciano ad orientarsi nella direzione del campo elettrico dando origine ad un effetto elettrico macroscopico.! Sostanze polari! Sostanze polari: possiedono un momento di dipolo intrinseco (molecole poliatomiche, H2O). In assenza di campo i dipoli sono orientati a caso. In presenza di E si orientano parallelamente ad esso, anche se lʼallineamento non è mai completo a causa dellʼagitazione termica.! Lʼallineamento cresce al crescere di E esterno e al diminuire della temperatura.! Polarizzazione per orientamento! Ogni molecola acquista un momento di dipolo elettrico medio parallelo e concorde al campo E:! n : numero di atomi o molecole per unità di volume n ΔV numero di atomi o molecole contenute in ΔV! < p >! vett. di polarizzazione (momento di dipolo per unità di volume):! Materiali privi di dipoli elettrici microscopici! (a) il centro di massa delle cariche positive coincide con il centro di massa di quelle negative! (b) gli effetti della polarizzazione si hanno solo se si applica un campo elettrico esterno: i centri delle distribuzioni di carica allʼinterno di ciascuna molecola si separano sufficientemente da creare i dipoli e quindi la polarizzazione del dielettrico.! (c) Il tutto può essere visto come lʼaccumularsi di una carica negativa sulla faccia della lastra vicina allʼelettrodo positivo ed una carica, uguale in modulo, ma positiva sulla faccia opposta del dielettrico. Globalmente la lastra resta neutra, ma al suo interno si crea un campo Eʼ minore del campo esterno E0 ed in verso opposto ad esso, pertanto, lʼeffetto finale è di ottenere un campo E minore di quello di partenza E0.! Pezzetti di carta attirati dalla bacchetta carica! Il vettore polarizzazione! Se inseriamo un parallelepipedo di materiale non conduttore (dielettrico) in un campo elettrico, la sua polarizzazione crea la comparsa di una carica positiva da un lato e una carica negativa dallʼaltro.! Definiamo la POLARIZZAZIONE P di un materiale come il vettore che indica il momento di dipolo per unità di volume. Se p è il momento di dipolo indotto negli atomi (o quello molecolare), e n è il numero di dipoli elementari per unità di volume P=np in genere (per materiali isotropi) la polarizzazione è parallela al campo elettrico.! Il vettore polarizzazione! Un pezzo di dielettrico posto in un campo elettrico esterno si polarizza ! Polarizzazione ⇒ dipolo macroscopico che tende a muoversi nella direzione in cui cresce il campo elettrico ! ! Vettore polarizzazione P: momento elettrico di dipolo del mezzo per unità di volume ( n è il numero di atomi per unità di volume)! Il vettore polarizzazione! In generale è! Abbiamo cosi! χe è la suscettività elettrica del materiale, è un numero puro positivo! Suscettività elettrica!
