Il Dipolo Elettrico Dipolo Elettrico: due cariche (puntiformi) +q e –q (stesso modulo, segno g opposto) pp ) a distanza a. Momento di Dipolo, P: Vettore di modulo qa che va da –q q a +q Dato un punto P molto distante dal dipolo : r >> a Elettrologia III 1 ϕ θ‘ r2 - r1 ≅ a cosθ ’ ≅ Elettrologia III ≅ 2 E V non dipende di d da d ϕ quindi i di Eϕ ∝ Per θ = 0, E // asse z, Elettrologia III 3 Per θ = π/2, E Per θ = π, … // p ! Elettrologia III E 4 Anche per un sistema di più cariche (se neutro) si può definire un momento di dipolo, di l P = da, d con q+ = Σ qi+ , q- = Σ qi- e a = vettore tra i “baricentri” delle cariche – e +. Momenti di quadrupolo, octupolo,….. Elettrologia III 5 Forza agente g su un dipolo p Se E è uniforme, niforme allora F2 = q+ E = - F1 , Ftot = 0, 0 ma c’è il momento torcente della coppia di Forze: M = - pE sin(θ) uz Elettrologia III 6 Lavoro di M p per ruotare di θ il dipolo p U(θ) minima per θ = 0 ! -1 < 0 ! Per θ iniziale ≠ 0, moto oscillatorio, armonico per piccoli θ Elettrologia III 7 S E non è uniforme Se if E1 ≠ E2 (E1 < E2) a Oltre a M cc’èè anche F netta a se Il dipolo si orienta e si sposta. Il verso della forza dipende dalla derivata di E ( se E cresce o cala con x) Elettrologia III 8 Angolo piano e angolo solido Angolo (piano) : Porzione di piano individuata da due semirette con l’origine in comune: Angolo solido : Porzione di spazio individuata da quattro semirette (non complanari) con l’origine in comune: dΣ0 porzione di sup. sferica Elettrologia III 9 rad AB ≈ r dθ, O’AO = O’DO = π/2, r’ AD ≈ r’ d φ = r sin(θ) dφ Area ABCD ≈ r 2sin(θ) dθ dφ = d Σ0 = sin(θ) dθ dφ strad Elettrologia III 10 Legge gg di Gauss Il campo elettrostatico di una carica è conservativo, allora anche il campo di N cariche o di una distribuzione continua di cariche è conservativo. Consideriamo il flusso infinitesimo d Φ di un vettore (E) attraverso una superficie infinitesima dΣ dΦ = E ⋅ un dΣ = E dΣ cos(θ) = En dΣ = E dΣ0 dΣ0 porzione di sup. sferica dΦ = Elettrologia III 11 Legge di Gauss: il Flusso del campo elettrico attraverso una superficie chiusa è uguale alla carica netta all’interno, divisa per ε0 Dato che E è additivo e gli integrale si sommano, la legge vale anche per N cariche discrete o una distribuzione continua di carica. Q è la somma di tutte le cariche interne, con il loro segno τ è il volume racchiuso da Σ (sup. chiusa) Elettrologia III 12 L carche Le h esterne non contano. Danno D un fl flusso totale l = zero. Elettrologia III 13 Riprendiamo il teorema della Divergenza ΦΣ (v) ≡ = Applichiamolo alla Legge di Gauss La carica Q contenuta nel volume τ racchiuso da Σ si può scrivere per cui FORMA DIFFERENZIALE ( O LOCALE) DELLA LEGGE DI GAUSS Elettrologia III 14 (x,y,z) Dato che Equazione di Poisson Se ρ = 0 Equazione di Laplace Elettrologia III 15 La Legge di Gauss è molto utile quando, per motivi di simmetria, l’integrale del Flusso è facile. Altrimenti… Esempi 1) E costante e // a n su tutta la superficie Σ (chiusa) Se Σ è una sfera Elettrologia III 16 2) Sfera vuota di raggio R, uniformemente carica (solo) in superficie: σ = cost Campo in P, che dista r dal centro della sfera? Ogni coppia di punti simmetrici dà un campo i fi i i infinitesimo sempre // all raggio i e che h dipende di d solo dalla distanza. Prendiamo un a sfera di raggio r = OP. La sua sup. = 4 π r2 e il flusso di E è Φ(E) = E 4π r2 = per cui come se tutta la carica fosse concentrata nel centro della sfera! inoltre Elettrologia III 17 Sulla sup. della sfera (r = R): E Dentro la sfera (r < R) Q = 0, E = 0 Il potenziale fuori va come 1/r ll superficie, fi i deve d Dentro è costante e alla raccordarsi con quello fuori. Elettrologia III 18 3) Sfera piena, uniformemente carica nel volume : ρ = cost Stesse considerazioni sulla geometria: prendiamo due volumetti simmetrici... E(r) è sempre radiale e dipende solo dalla distanza. Prendiamo un a sfera di raggio r = OP. La sua sup. = 4 π r2 e il flusso di E è E 4π r2 = per cui come se tutta la carica fosse concentrata nel centro della sfera. E Elettrologia III 19 r E per r ≥ R, è come se tutta la carica fosse concentrata nel centro della sfera. V (R) = per r = R: per r < R, R ≡ r !, E = , all’interno Elettrologia III 20 4) Filo indefinito uniformemente carico (cilindro di raggio R << lunghezza) densità di carica lineare λ = q / h = cost + + Per simmetria E deve essere ⊥ al filo, dipendere solo + + + da r ed essere uguale lungo il filo. + + Prendiamo un cilindro arbitrario di raggio r e altezza h: Il flusso di E attraverso le basi è nullo, E ⊥ un + + Vale lontano dai bordi o se il filo è indefinito! Elettrologia III 21 R non può essere 0 ! Elettrologia III 22 5) Superficie indefinita, uniformemente carica: σ = q / S = cost. Prendiamo un cilindro di sezione Σ, con l’asse pperpendicolare p alla sup. p , di altezza h. La carica nel cilindro è quella sulla parte di superficie all’interno all interno del cilindro Σ: q = σ Σ Come già visto. (Finchè x è << delle dimensioni “ laterali ”della superficie) Elettrologia III 23 N B Il campo E che N.B. h compare nell flusso fl è quello ll totale, t t l puòò anche h derivare da altre cariche . Es: E1 ≠ E2. ma concordi e uniformi. Prendiamo un cilindretto… E1 Elettrologia III + σ + + E2 + + + + + 24