Dipolo elettrico si definisce dipolo elettrico l’insieme di due cariche elettriche di uguale valore q ma opposte di segno, mantenute a distanza fissa a +q a −q Momento di dipolo elettrico per caratterizzare il comportamento del dipolo elettrico si introduce il vettore “ momento di dipolo elettrico ” P = qa +q a −q P 1 il verso positivo del vettore per definizione va dalla carica elettrica negativa a quella positiva il campo prodotto da un dipolo elettrico si puo’ calcolare facendo uso del principio di sovrapposizione ma riesce piu’ semplice fare uso del potenziale elettrico 2 P 1 q V ( + q) = 4πε 0 r1 1 q V ( − q) = − 4πε 0 r2 r1 r2 per il principio di r sovrapposizione : V ( P ) = V ( + q) + V ( − q) 3 1 q 1 q = − V ( P) 4πε 0 r1 4πε 0 r2 q r2 − r1 q 1 1 ( ) ( − )= 4πε0 r1r2 4πε0 r1 r2 in conclusione : r2 − r1 ( ) V ( P) = 4πε 0 r1r2 q 4 a grande distanza dal dipolo P si possono fare le approssimazioni : ϑ1 ϑ r1 ~ r2 ~ r e r2 r2 − r1 ~ a cosθ r1 r ϑ1 ϑ quindi a grande distanza dal dipolo : 5 q a cos θ 1 cos θ V ( P) ≅ qa 2 = 2 4πε 0 r 4πε 0 r V ( P) = 1 P cos θ 4πε 0 r 2 calcoleremo le componenti del campo del dipolo sfruttando la relazione che lega potenziale e campo utilizzando le coordinate polari piane 6 Coordinate polari piane y x = ρ cosϑ P ρ y = ρ senϑ = r xiˆ + yjˆ O ϑ x ρ cos ϑiˆ + ρ senϑ ˆj ∂r ∂r da cui= dr dϑ + d ρ ∂ϑ ∂ρ 7 se la “curva coordinata” uθ e’ la curva descritta da r mentre si fa variare θ mantenendo ρ fissa si ha ∂r che il vettore e’ tangente alla curva coordinata uθ ∂ϑ nel punto P 8 se ûϑ e’ il versore unitario in questa direzione, si ha y ûρ ûϑ ∂r ∂r = uˆϑ ∂ϑ ∂ϑ ρ P ϑ O e analogamente per l’ altra coordinata curvilinea ρ x ∂r ∂r uˆρ = ∂ρ ∂ρ 9 ρ (cos ϑiˆ + senϑ ˆj ) se r ∂r = cos ϑiˆ + senϑ ˆj ∂ρ ∂r ∂ρ cos ϑ + sen ϑ = 1 2 2 operando in modo analogo per la variabile θ si ottiene ∂r =ρ ∂ϑ 10 una volta nota l’espressione delle due forme differenziali ∂r ∂ϑ e ∂r ∂ρ diviene possibile determinare l’espressione del gradiente, della divergenza e del rotore in coordinate polari ad es. l’operatore gradiente di una funzione in coordinate f ( ρ ,ϑ ) polari piane diviene: ∂f ( ρ ,ϑ ) 1 ∂f ( ρ ,ϑ ) ∇f ( ρ ,= ϑ) uˆρ + uˆϑ ∂ρ ρ ∂ϑ 11 nel caso del dipolo elettrico ρ concide con la distanza radiale r il potenziale a grande distanza dal dipolo e’ = V ( P ) V= (r ,ϑ ) 1 4πε 0 P cos θ r 2 dalla espressione del gradiente in coordinate polari piane e dalla relazione E = −∇V si ricavano le componenti 12 εr εϑ x uˆr P polari ε r ed εϑ elettrico E del campo prodotto dal dipolo ûϑ r ϑ a grande distanza O p 13 se E= ε r + ε ϑ 1 ∂V ∂V −( E= uˆr + uˆϑ ) ∂r r ∂ϑ quindi : 2 P cosϑ ∂ ˆ u ε r = − V ( r ,ϑ ) = r 3 4πε 0 r ∂r P sin ϑ 1 ∂ ˆ V ( r ,ϑ ) = εϑ = − u ϑ 3 r ∂ϑ 4πε 0 r 14 εr εϑ ϑ p 15 Backup Slides 16