Enunciado
Física - Young and Freedman - Vol 3- Ed: 12º - Capítulo 21.Exercício - Ex. 66
O momento de dipolo da molécula de água () é . Suponha que a molécula de água esteja na origem com o momento de dipolo elétrico apontando no sentido . Um íon de cloro (), com carga igual a , está localizado no ponto . Determine o módulo, a direção e o sentido da força que a molécula de água exerce sobre o íon de cloro. A força é de atração ou de repulsão? Suponha que seja muito maior do que a distância entre as cargas do dipolo elétrico, de modo que você pode usar a expressão aproximada para o campo elétrico ao longo do eixo do dipolo elétrico encontrada no .
Passo 1
Essa questão tem um erro no expoente do ponto , o correto é e não .
Usaremos:
Aonde na equação acima, temos como sendo a força elétrica, será a carga do íon de cloro e será o campo elétrico gerado pelo dipolo. Sabemos que esse campo pode ser calculado pela seguinte expressão:
Onde é o momento de dipolo e é a distância do ponto aonde queremos o campo elétrico até o centro do dipolo.
Passo 2
Assim, podemos encontrar o campo elétrico gerado pelo dipolo na posição :
Como o momento de dipolo era um valor positivo, e que apontava na direção , então o campo elétrico gerado por ele também aponta nessa direção:
Então, basicamente o que temos até agora é um momento de dipolo que está na origem formado pela molécula de água, um íon de cloro que possui uma carga negativa e que está em e nesse ponto há um campo gerado pelo dipolo que aponta na direção , como nesse esquema aqui:
Agora, para encontrarmos a força elétrica sentida pelo íon de cloro na presença desse campo elétrico, faremos:
Beleza, encontramos o módulo da força, agora precisamos saber se ela será uma força de atração ou repulsão, se liga:
Como a carga em questão é uma carga negativa, a direção da força elétrica será contrária a direção do campo elétrico, e por isso a força elétrica aponta para a esquerda.
Nesse caso, como a molécula de água está a esquerda da carga, na origem, teremos aqui uma força de atração, que está atraindo a carga negativa em direção ao dipolo da água.
Resposta
A força é de atração.