Dipol elèctric
sistema de dues càrregues de signe oposat i igual magnitud properes entre si / From Wikipedia, the free encyclopedia
En física, un dipol (del grec antic, δίς (dis), «dues vegades»; πόλος (polos), «eix»)[1] és un fenomen electromagnètic que es produeix de dues maneres:
- Un dipol elèctric s'ocupa de la separació de les càrregues elèctriques positives i negatives que es troben en qualsevol sistema electromagnètic. Un exemple senzill d'aquest sistema és un parell de càrregues d'igual magnitud però de signe oposat separades per una distància típicament petita (un dipol elèctric permanent s'anomena electret).
- Un dipol magnètic és la circulació tancada d'un sistema de corrent elèctric. Un exemple senzill és un sol bucle de filferro amb corrent constant a través d'ell. Un imant de barra és un exemple d'imant amb un moment dipolar magnètic permanent.[2][3]
Els dipols, siguin elèctrics o magnètics, es poden caracteritzar pel seu moment dipolar, una magnitud vectorial. Per al dipol elèctric simple, el moment dipolar elèctric apunta des de la càrrega negativa cap a la càrrega positiva, i té una magnitud igual a la força de cada càrrega multiplicada per la separació entre les càrregues; per ser exactes, per a la definició del moment dipolar, sempre s'ha de tenir en compte el «límit dipolar», on, per exemple, la distància de les càrregues generadores hauria de convergir a 0, mentre que simultàniament, la força de la càrrega hauria de divergir fins a l'infinit en aquests casos. una manera que el producte es manté una constant positiva.
- El camp magnètic d'una esfera amb un pol magnètic nord a la part superior i un pol magnètic sud a la part inferior. En comparació, la Terra té un pol magnètic sud prop del seu pol geogràfic nord i un pol magnètic nord prop del seu pol sud
- Gràfic de contorns del potencial electroestàtic d'un dipol elèctric orientat horitzontalment de mida infinitesimal. Els colors forts indiquen el potencial més alt i més baix (on es troben les càrregues oposades del dipol)
Els dipols apareixen en cossos aïllants dielèctrics. A diferència del que passa en els materials conductors, en els aïllants els electrons no són lliures. En aplicar un camp elèctric a un dielèctric aïllant aquest es polaritza i provoca que els dipols elèctrics es reorienten en la direcció del camp disminuint la intensitat d'aquest. És el cas de la molècula d'aigua. Encara que té una càrrega total neutra (igual nombre de protons que d'electrons), presenta una distribució asimètrica dels seus electrons, la qual cosa la converteix en una molècula polar, al voltant de l'oxigen es concentra una densitat de càrrega negativa, mentre que els nuclis d'hidrogen queden nus, desproveïts parcialment dels seus electrons i manifesten, per tant, una densitat de càrrega positiva. Per això en la pràctica, la molècula d'aigua es comporta com un dipol. Així s'estableixen interaccions dipol-dipol entre les mateixes molècules d'aigua, formant-se enllaços o ponts d'hidrogen. La càrrega parcial negativa de l'oxigen d'una molècula exerceix atracció electroestàtica sobre les càrregues parcials positives dels àtoms d'hidrogen d'altres molècules adjacents. Encara que són unions febles, el fet que al voltant de cada molècula d'aigua es disposin quatre molècules unides per ponts d'hidrogen permet que es formi en l'aigua (líquida o sòlida) una estructura de tipus reticular, responsable en gran part del seu comportament anòmal i de la peculiaritat de les seves propietats fisicoquímiques.
Per al bucle de corrent magnètic (dipol), el moment dipolar magnètic apunta a través del bucle (segons la regla de la mà dreta), amb una magnitud igual al corrent del bucle multiplicada per l'àrea del bucle.
De manera similar als bucles de corrent magnètic, la partícula electró i algunes altres partícules fonamentals tenen moments dipolars magnètics, ja que un electró genera un camp magnètic idèntic al generat per un bucle de corrent molt petit. Tanmateix, el moment dipolar magnètic d'un electró no es deu a un bucle de corrent, sinó a una propietat intrínseca de l'electró.[4] L'electró també pot tenir un moment dipolar elèctric, tot i que encara no s'ha observat (vegeu moment dipolar elèctric de l'electró).
Un imant permanent, com un imant de barra, deu el seu magnetisme al moment dipolar magnètic intrínsec de l'electró. Els dos extrems d'un imant de barra s'anomenen pols, que no s'han de confondre amb monopols (vegeu l'apartat «Classificació» a continuació) i es poden etiquetar «nord» i «sud».
Pel que fa al camp magnètic terrestre, són pols de «buscar el nord» i de «buscar el sud» respectivament; si l'imant estigués suspès lliurement al camp magnètic de la Terra, el pol que busca el nord apuntaria cap al nord i el pol que busca el sud apuntaria cap al sud. El moment dipolar de la barra imant apunta des del seu sud magnètic fins al seu pol nord magnètic. En una brúixola magnètica, el pol nord d'un imant de barra apunta al nord. Tanmateix, això vol dir que el pol nord geomagnètic de la Terra és el pol sud (pol que busca el sud) del seu moment dipolar i viceversa.
Els únics mecanismes coneguts per a la creació de dipols magnètics són els bucles de corrent o l'espín mecànic quàntic, ja que l'existència de monopols magnètics mai s'ha demostrat experimentalment.