العزم الكهربائي ثنائي القطب - Electric dipole moment

ما هو العزم الكهربائي ثنائي القطب؟

العزم ثنائي القطب الكهربائي: هو زوج من الشحنات المتساوية والمتعاكسة (+q- ،q)، مفصولة بمسافة صغيرة جداً. إجمالي شحنة ثنائي القطب هو صفر ولكن المجال الكهربائي للثنائي القطب ليس صفراً لأنّ الشحنات (+q و-q) مفصولة ببعض بمسافة فيما بينها والمجال الكهربائي الناتج عنها عند إضافتها ليس صفراً.

أمثلة على ثنائي القطب الكهربائي: ثنائيات القطب الشائعة في الطبيعة، جزيئات مثل: (H2O) ، (HCl) ،). وهي ثنائيات أقطاب كهربائية ولها لحظات ثنائية القطب دائمة. ولديها لحظات ثنائية القطب دائمة لأنّ مركز شحناتهم الموجبة لا يقع بالضبط فوق مركز شحناتهم السالبة الشكل مثل: جزيء الماء. العزم الكهربائي ثنائي القطب ()، يشير أنّ الاتجاه من الجانب السالب أو الأكسجين إلى الجانب الموجب أو الهيدروجين لجزيء الماء.

شرح العزم الكهربائي ثنائي القطب:

الشحنة الكهربائية موجودة حولنا وهناك العديد من الأمثلة المختلفة لإثبات هذه الظاهرة. هل سبق لك أن حاولت فرك المنشفة بالمشط وجعلتها قريبة من شعرك؟ ستلاحظ أنّ بعض شعرك ينجذب إلى المشط. هذا يرجع أساساً إلى توليد الشحنة الكهربائية.

سنحاول فك تشفير سلوك الشحنات المعاكسة عند إبقائها على مسافة. هذا هو مفهوم ثنائي القطب الكهربائي وهو جزء حيوي من الكهرباء الساكنة. يتم تمييز ثنائي القطب الكهربائي كزوج من الأشياء التي تمتلك شحنات متساوية ومعاكسة، مفصولة بمسافة صغيرة بشكل ملحوظ. لنأخذ شحنتين متساويتين في الحجم (Q)، مفصولة بالمسافة (D).

هنا نفترض أنّ الشحنة الأولى سالبة بينما تظل الشحنة الثانية موجبة. يمكنك تسمية هذا المزيج المعين بأنّه ثنائي القطب الكهربائي. ومن ثمّ، يمكننا أن نقول بأنّ ثنائي القطب الكهربائي يتكون بسبب تجميع الشحنات المتساوية والمعاكسة عند فصلها بمسافة مؤكدة.

تعريف العزم الكهربائي ثنائي القطب:

تعريف العزم الكهربائي ثنائي القطب: العزم ثنائي القطب للمجال الكهربائي هو متجه مقدار الشحنة مضروباً في المسافة بين شحنتين متعاكستين.

• اتجاه العزم ثنائي القطب على طول المحور ثنائي القطب من الشحنة السالبة إلى الشحنة الموجبة.

• ثنائي القطب الكهربائي يتكون من الشحنات (±q)، مفصولة بمسافة صغيرة (2a).

رياضياً: 

عزم ثنائي الأقطاب = واحدة من الشحنات × فصل ناقلات المتجهات (ive to -ive+). 

p = q (2a)C . m

تعطي المعادلة أعلاه صيغة عزم ثنائي القطب الكهربائي، حجم العزم ثنائي القطب هو:

|⃗p| = q×2a

اتجاه عزم ثنائي القطب الكهربائي من الشحنة السالبة إلى الشحنة الموجبة. وحدة (SI) للعزم ثنائي القطب هي (Coulomb-meter) رمزها (C−m).

ما هو ثنائي القطب الكهربائي المثالي؟

إذا كانت الشحنة (q)، يصبح أكبر والمسافة تصبح (2a)، تصبح أصغر وأصغر مثل العزم ثنائي القطب، (p=2×2a)، له قيمة محدودة، فإنّ مثل هذا ثنائي القطب ذو الحجم الصغير بشكل مهم يسمى ثنائي القطب المثالي أو ثنائي القطب النقطي.

الأهمية الفيزيائية للعزم الكهربائي ثنائي القطب:

• الذرات ككل محايدة كهربائياًُ في حالتها الأرضية. نعلم أنّ الذرات لها كمية متساوية من الشحنة الموجبة والسالبة. تشبه جزيئات الذرات أيضاً الحيادية ولكنّها أيضاً تحتوي على كمية متساوية من الشحنات الموجبة والسالبة.

• الآن عندما يكون المجموع الجبري لجميع الشحنات في نظام ما هو صفر، فهذا لا يعني بالضرورة أنّ المجال الكهربائي الناتج عن النظام يساوي صفراً في كل مكان. هذا يجعل دراسة ثنائيات القطب الكهربائي مهمة للظاهرة الكهربائية في المادة.

• المادة المكونة من الذرات والجزيئات متعادلة كهربائياً، إذا تزامن مركز كتلة الشحنات الموجبة مع مركز الشحنات السالبة، فإنّ الجزيء يتصرف كجزيء غير قطبي. من ناحية أخرى، إذا كان مركز كتلة الشحنات الموجبة لا يتطابق مع مركز الشحنات السالبة، فإنّ الجزيء يتصرف كجزيء قطبي. هذه الجزيئات القطبية لها لحظات ثنائية القطب دائمة.

• لذا فإنّ دراسة لحظات ثنائي القطب (dipole)، وثنائي القطب (dipole moments)، تعطي مقياساً لاستقطاب نظام محايد صافٍ. تقيس دراسة لحظات ثنائي القطب ميل ثنائي القطب للتوافق مع مجال كهربائي خارجي.

يحدث العزم الكهربائي ثنائي القطب عندما يكون هناك فصل شحنة. يمكن أن يحدث في جزيئات متعادلة كهربائياً مع روابط أيونية أو جزيئات ذات روابط تساهمية. تقيس لحظات ثنائية القطب القطبية الكهربائية لنظام الشحنات.