نیروی وارد بر دوقطبی الکتریکی (Force on an Electric Dipole)، در فیزیک (Physics)
انواع نیروها (Force)، در فیزیک (Physics) را در آموزش زیر شرح دادیم :
نیروی وارد بر دوقطبی الکتریکی (Force on an Electric Dipole) :
یک دوقطبی الکتریکی (Electric Dipole) از دو بار مساوی و مخالف (
\[ +q \]و
\[ -q \]) تشکیل شده است که با فاصله کوچک
\[ d \]از هم قرار گرفته اند. چنین مجموعه ای دارای گشتاور دوقطبی الکتریکی (Electric Dipole Moment) به نام
\[ \vec{p} = q \vec{d} \]است. مولکول های قطبی مانند آب (
\[ H_2O \]) دارای گشتاور دوقطبی دائمی هستند.
نیروی وارد بر یک دوقطبی در یک میدان الکتریکی خارجی (
\[ \vec{E} \]) به یکنواخت بودن یا نبودن میدان بستگی دارد. اگر میدان الکتریکی یکنواخت باشد، نیروی وارد بر بار مثبت (
\[ +q\vec{E} \]) و نیروی وارد بر بار منفی (
\[ -q\vec{E} \]) مساوی و در خلاف جهت هستند. در نتیجه، نیروی خالص وارد بر دوقطبی صفر است. با این حال، این دو نیرو یک گشتاور (Torque) ایجاد می کنند که تمایل دارد دوقطبی را در راستای میدان بچرخاند.
اما اگر میدان الکتریکی نایکنواخت باشد (یعنی اندازه یا جهت آن در نقاط مختلف فضا تغییر کند)، نیروهای وارد بر دو بار مساوی و مخالف نخواهند بود. در این حالت، یک نیروی خالص به دوقطبی وارد می شود که آن را به سمت نواحی با میدان قوی تر می کشاند (اگر دوقطبی هم راستا با میدان باشد) یا از آن دور می کند (اگر دوقطبی خلاف جهت میدان باشد). این نیرو را می توان به صورت زیر بیان کرد:
\[ \vec{F} = (\vec{p} \cdot \nabla) \vec{E} \]در این عبارت،
\[ \nabla \]( nabla) عملگر گرادیان (Gradient) است. این نیرو نقش مهمی در برهم کنش مولکول های قطبی با میدان های الکتریکی دارد و در تکنیک هایی مانند خنک کردن مولکول ها با میدان الکتریکی (Electric Field Deceleration) و به دام انداختن آنها با چاه های پتانسیل الکتریکی (Electric Traps) کاربرد دارد.
