Ta đã định nghĩa mômen lưỡng cực điện p của một lưỡng cực điện là một vectơ cố phương dọc theo trục của lưỡng cực, có chiều hướng từ điện tích âm sang điện tích dương. Như bạn sẽ thấy, trạng thái của một lưỡng cực trong một điện trường ngoài
† đồng nhất có thể hoàn toàn được mô tả bằng hai vectơ E và p mà không cần phải cho các chỉ tiết về cấu trúc của lưỡng cực. :
Như đã nói ở Bài tập mẫu 24-4, một phân tử nước (H,O) là một lưỡng cực điện. Hình 24-16 biểu diễn một phân tử nước : các chấm biểu thị cho hạt nhân oxy (có 8 prôtôn) và hai hạt nhân Hydrô (mỗi.
hạt nhân có một prôtôn). Các phần tô màu biểu thị cho miền trong đó các êlectrôn chuyển động quanh hạt nhân.
Trong một phân tử nước, hai nguyên tử hydrô và nguyên tử ôxy không nằm trên một đường thẳng mà tạo nên một góc chừng 1055, như ở hình 24-16.
Kết quả là, phân tử có "một phía oxy" và "phía hydrô" che, cÝÝ ng ni T.
cho thấy ba hạt nhân (biêu thị báng
xác định. Ngoài ra 10 êlectrôn của phân tử cố xu các chấm) và miến trong đó các hướng ở gần hạt nhân ôxy hơn hạt nhân hydrô. Điều êlectrôn chuyền động quanh hạt nhân.
đó làm cho phía ôxy của phân tử hơi âm hơn phía ` Mômen lưỡng cực điện p hướng tử phía
—> ^ ^=` .“Z = z ^
hydrô và tạo nên mômen lưỡng cực điện p hướng vi Nà ốc phân tử.
dọc theo trục đối xứng của phân tử như đã vẽ. Nếu
phân tử nước được đặt vào một điện trường ngoài, nó ứng phó như một lưỡng cực điện trừu tượng hơn của hình 24-8.
Để khảo sát tính chất đó, bây giờ ta xét một lưỡng cực trừu tượng như vậy ở trong một điện trường ngoài E đều như trên hình 24-17a. Ta giả thiết lưỡng cực là một cấu trúc cứng (do các lực tĩnh điện nội tại) gồm hai tâm có điện tích ngược dấu và có độ lớn bằng q ở cách nhau một khoảng d. Mômen lưỡng cực p tạo một góc 9 với E.
Ở các đầu tích điện của lưỡng cực, các lực tĩnh điện F và —F tác dụng theo các chiều ngược nhau và cùng độ lớn F = qb. Như vậy lực tổng cộng tác dụng lên lưỡng cực bởi điện trường bằng 0. Tuy nhiên các lực đó tác dụng một mômen lực tổng cộng 7 lên lưỡng cực đối với khối tâm của nó mà ta có thể lấy ở điểm giữa của đường nối
+3-CSVL 53
Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd..77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn
hai điện tích. Từ phương trình 11-28 với r = lực tổng cộng z đó bằng
đ/2 ta có thể viết độ lớn của mômen
= in + F ấ in9 = Edsing ss 2 Sinỉ = i
Ta cũng có thể viết độ lớn của rz thông qua độ lớn của điện trường E và mômen lưỡng cực qd. Để làm điều đó ta thay qE cho F và p/q cho d trong (24-33), ta được
độ lớn của 7
(24-33)
= pEsing (24-34)
Ta có thể tổng quát hóa phương trình về dạng vectơ
= px E (mômen lực tác dụng lên lưỡng cực) (24-35)
Các vectơ p và E được chỉ trên hình 24-175 mômen lực tác dụng lên lưỡng cực làm quay P (và do đó lưỡng cực) theo chiều của E, nhờ đó làm giảm 9. trong hình 24-17 sự quay như vậy theo chiều kim đồng hồ. Như ta đã thảo, luận trong chương 11, ta có thể biểu thị mômen lực làm quay theo chiều kim đồng hồ bằng dấu trừ cùng với độ lớn của mômen lực với kí hiệu như vậy, mômen lực của hình 24-17 là .
7z = - phsinứ (24-36)
(4) ~ \„ = z SN
Thế năng của một lưỡng cực điện HÌNH 24- 17. (a) Lưống cực điện trong một
điện trưởng đều. Hai tâm có điện tích bằng và trái dấu cách nhau một khoảng d. Khối
tâm của chúng được giả thiết nằm ở giữa chúng. Thanh nối hai điện tích biểu thị cho sự nối cúng cị của chúng. (b) Minh họa hệ thức 7 = Pộ x E Chiều của vectd mômen lực 7 7 hướng vuông góc với mặt phẳng tờ giấy từ trước ra sau, được kí hiệu 6.
Thế năng có thể liên quan với sự định hướng của một lưỡng cực điện trong một điện trường.
Lưỡng cực có thế năng thấp nhất khi nó ở trong sự định hướng cân bằng, khi đó mômen P của nó hướng theo trường E Œ = P xE= 0). Nó có thế năng lớn hơn ở mọi định hướng khác. Như vậy lưỡng cực giống như một con lắc có thế năng hấp dẫn thấp nhất. Khi nó qua vị trí cân bằng - ở điểm thấp nhất. Để quay lưỡng cực hoặc con lắc đến một sự định 1. khác cần phải có công do một ngoài nào đó sinh ra.
Trong mọi trường hợp có thế năng, ta hoàn toàn tùy ý xác định giá trị 0 cho thế năng vì chỉ có hiệu thế năng mới có ý nghĩa vật lí. Biểu thức của thế năng của một lưỡng cực điện trong một điện trường ngoài đơn giản nhất nếu ta chọn thế năng bằng 0 khi góc 9 trong hình 24-17 bằng 90°. Khi đó ta có thể tìm thế năng U của lưỡng cực ở một giá trị khác của 9 bằng phương trình 8-6 (U = - W) bằng cách tính công W mà trường thực hiện trên lưỡng cực khi lưỡng cực quay từ 909 đến giá trị 6 đó.
Nhờ (11-38) (W = Jrdứ) và (24-36), thế năng ở gúc 9 bằng
Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd..77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn
| |
|
hút nhau. Cứ mỗi lần có một nhớm được hình thành,
U = -W = -| r49 6
90°
= ƒpEsin9d6_ 8 (24-37)
909 Tính tích phân được
U=-pEcoð9 ˆ (24-38)
Ta có thể tổng quát hóa biểu thức đó dưới dạng vectơ
U = —p.E (thế năng của một lưỡng cự) (24-39)
Các phương trình 24-38 và 24-39 cho, thấy thế năng của lưỡng cực là nhỏ nhất CÓ<==- pE) -khiÐ9 0, nghĩa là khi p và E cùng chiều và thế năng lớn nhất (Ù = pE) khi 9 = 1809 với p và E ngược chiều nhau.
Nấu nướng bằng sóng viba
Trong nước, các phân tử có thể chuyển động tương đối tự do, điện trường sinh ra bởi mỗi lưỡng - cực phân tử ảnh hưởng đến các lưỡng cực xung quanh. Kết quả là các phân tử có thể liên kết thành nhớm, hai hoặc ba vì đầu âm (ôxy) của một lưỡng.
cực và đầu dương (hydrô) của một lưỡng cực khác thế năng điện được chuyển thành chuyển động nhiệt hỗn loạn của nhớm và của các phân tử xung quanh.
Và mỗi lần các va chạm giữa các phân tử làm tan rã một nhóm sự chuyển năng lượng được thực hiện ngược lại. Nhiệt độ của nước (liên quan đến chuyển
động nhiệt trung bình) không thay đổi vì trung bình HÌNH 24- 18. Một nhóm gồm ba phân tử
sự chuyển năng lượng tổng cộng bằng 0. nước, mômen lực do một điện trường dao động trong một lò vi sóng làm gãy một liên kết giữa các phân tử và do đó làm rã
nhóm. :
Trong một lò vi sóng tình hình cớ khác. Khi lò hoạt động, các sóng micromet tạo ra (trong lò) một
điện trường xoay chiều, dao động và đổi chiều nhanh.
Nếu có nước trong lò, trường dao động tác dụng mômen lực dao động lên các phân tử nước làm cho chúng quay tới và lui một cách liên tục để định hướng mômen lưỡng cực của chúng theo chiều của điện trường. Các phân tử được liên kết thành cặp có thể quay quanh mối liên kết chưng của chúng để có sự định hướng theo trường, nhưng các phân tử liên kết với nhau thành nhóm ba phân tử sẽ bị gãy ít nhất là một trong : hai mối liên kết giữa chúng '(Hình 24-18).
Năng lượng làm gãy các liên kết đó lấy từ điện trường nghĩa là từ các sóng micromet. Khi đớ các phân tử đã bị tách từ các nhớm có thể lập nên các nhóm mới, chuyển năng lượng mà chúng vừa thu được thành năng lượng nhiệt. Như vậy năng lượng nhiệt được truyền cho nước khi các nhớm được hình thành nhưng không bị lấy đi khi các nhớm bị rã và nhiệt độ của nước tăng lên. Các thực phẩm có chứa nước có thể được nấu trong một lò vi sóng nhờ sự làm nóng nước đó. Nếu phân tử nước không phải là lưỡng cực điện thì không có điều nói trên và các lò vi sóng sẽ vô dụng.
55
Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd..77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn