Science >> Wetenschap >  >> Fysica

Je draait een elektrisch dipooluiteinde voor in een uniform veld. Hoe hangt het werk dat je doet af van de initiële oriëntatie ten opzichte van het veld?

Laat de grootte van het dipoolmoment \(p\) zijn, de uniforme veldgrootte is \(E\), en de hoek tussen \(\overrightarrow{p}\) en \(\overrightarrow{E}\) op elk gewenst moment wees onmiddellijk \(\theta\).

Terwijl je de dipool over een oneindig kleine hoek \(d\theta\) draait, verricht je een hoeveelheid werk

$$dW=(\overrightarrow{p}\cdot\overrightarrow{E})sin\theta d\theta=pEsin\theta d\theta$$

In een eindige rotatie van hoek \(\theta_1\) naar hoek \(\theta_2\), is de verrichte arbeid:

$$W=\int_{\theta_1}^{\theta_2}dW=pE\int_{\theta_1}^{\theta_2}sin\theta d\theta=pE(cos\theta_1+cos\theta_2)$$

In de bovenstaande vergelijking is \(\theta_1\) de beginhoek en \(\theta_2\) de eindhoek van de dipool ten opzichte van de veldrichting.

Om \(W\) alleen in termen van initiële oriëntatie te krijgen, vervangen we \(\theta_2=\pi-\theta_1\) in de bovenstaande vergelijking. Daarom

$$W=-2pEcos\theta_1$$

$$W\propto cos\theta_1$$

Deze vergelijking houdt in dat de arbeid maximaal is als de dipool aanvankelijk antiparallel is aan het veld en nul als deze aanvankelijk evenwijdig is.