¡Hola querida comunidad de #Hive! Es un placer saludarles una vez más. El día de hoy continuamos con un tema súper interesante el cual ya tenemos varias publicaciones desarrollando y es que lograr comprender con exactitud que es un campo eléctrico, así que lo hemos tratado de explicar parte por parte, una ayuda fundamental son las líneas de campo eléctrico, es por ello que hoy conoceremos sobre dipolos eléctricos.
Imagen realizada con la página web de diseño gráfico y composición de imágenes Canva.
Un dipolo eléctrico está constituido por un sistema de dos cargas eléctricas de signo opuesto (+Q, -Q), pero de igual magnitud y cercanas entre sí. Este concepto lo podemos evidenciar en muchos sistemas físicos, desde las moléculas hasta las antenas de televisión. Visualicemos en la siguiente imagen un ejemplo de un dipolo eléctrico, la cual se trata de una molécula de agua (H2O); dicha molécula en muchas ocasiones se comporta como un dipolo eléctrico.
¿Cómo puede ser una molécula de agua un dipolo eléctrico? Pues resulta, que la molécula de agua en conjunto es eléctricamente neutro, pero los enlaces covalentes presentes en el interior de la misma producen un desplazamiento de la carga; lo que conlleva a un resultado que una carga negativa neta se encuentra en el extremo del oxigeno de la molécula, mientras que otra carga neta positiva en el extremo de hidrógeno, las cuales forman un dipolo eléctrico. Este efecto resulta ser equivalente a desplazar un electrón tan sólo alrededor de aproximadamente 4 x 10 exp -11 m (lo que se trata ser casi el radio de un átomo de hidrógeno), pero las consecuencias de dicho desplazamiento resultan ser algo profundas.
Como algunos ya sabemos el agua es un excelente disolvente de la sal común, es decir que sustancias iónicas, esto ocurre precisamente porque la molécula de agua es un dipolo eléctrico. Cuando se disuelve la sal en el agua, ésta se disocia en un ion positivo (Na+) y un ion cloro negativo (Ci-), los cuales tienden a ser atraídos hacia los extremos negativo y positivo, respectivamente, de las moléculas de agua; esto es lo que mantiene los iones en solución.
Todo ese proceso ocurre gracias a que las moléculas de agua son dipolos eléctricos, de no ser así pues el agua sería un mal disolvente y casi toda la química que tiene lugar en soluciones acuosas sería imposible. Esto incluye todas las reacciones bioquímicas que se llevan a cabo en todos los seres vivos de la tierra. En conclusión se podría decir que nuestra existencia como seres vivos en el planeta depende de los dipolos eléctricos.
En este momento sería oportuno preguntarse ¿Qué fuerzas experimenta un dipolo eléctrico? Para responder esta interrogante es propicio suponer que se coloca un dipolo eléctrico en un campo eléctrico externo uniforme E. Las fuerzas F+ y F- sobre dos cargas tienen la magnitud de Fq que resultan ser iguales pero de direcciones opuestas y ambas suman cero. Esto quiere decir que la fuerza eléctrica neta sobre un dipolo eléctrico en un campo eléctrico uniforme es cero Zemansky (2009).
No obstante, las fuerzas no actúan a lo largo de una línea recta, lo que conlleva a que los momentos de torsión no suman cero. Los momentos de torsión se calculan con respecto al centro del dipolo. Este momento de torsión lo podemos definir como el producto vectorial del brazo por la fuerza, el cual no es nulo y que viene dado por la siguiente expresión:
El momento de torsión neto que actúa sobre el dipolo eléctrico será igual a la diferencia de los torques que crean as fuerzas F+ y F-, es decir:
De donde,
Sustituyendo algunas ecuaciones en la anterior tenemos que:
Pero q.d es el momento del dipolo, entonces la ecuación anterior quedará expresada por:
Ecuación que refleja que el torque de un dipolo es el producto vectorial del momento y el campo; en otras palabras que.
Para cambiar la orientación del dipolo dentro del campo eléctrico externo, se necesitará un agente externo que realice un trabajo positivo o negativo. El trabajo para mover el dipolo al girar un ángulo α quedará almacenado como energía potencial en el sistema formado por el dipolo y el campo externo.
Ya para despedirme espero que el tema sea del agrado de los lectores y deseo ver en los comentarios sus opiniones y aportes significativos que ayuden a la ampliación del tema y que genere un debate crítico y enriquecedor para la satisfactoria divulgación del conocimiento científico.
Referencias
Figuera, J. (2009). Física, Texto y problemario. Caracas: Ediciones CO-BO.
Sánchez, E. (2005). Física. Caracas: Ediciones CO-BO.
Zemansky, S. (2009). Física Universitaria Volumen II. México: Pearson Educación.
