21.70 Um dipolo que consiste de cargas ± e , a 220   n m de distancia, está colocado entre duas placas muito grandes (essencialmente infinitas) com densidades de cargas iguais, porém opostas, de 125   μ C / m ² . ( a ) Qual é a energia potencial máxima desse dipolo produ zida pelas placas e qual deveria ser sua orientação em relação às placas para atingir esse valor? ( b ) Qual é o torque máximo que pode ser exercido sobre o dipolo e qual deve ser sua orientação em relação às placas para atingir esse valor? ( c ) Qual é a força resultante exercida pelas duas placas sobre o dipolo?

Passo 1

( a )

Energia potencial:

U = - p E = - p E c o s ϕ   ,   U m a x ⇒ ϕ = 180 °

E = σ ε 0

U m a x = 1,6 ⋅ 10 - 19 C ⋅ 220 ⋅ 10 - 9 m 125 ⋅ 10 - 6 C m 2 8,85 ⋅ 10 - 12 C 2 N ⋅ m 2  

U m a x = 4,97 ⋅ 10 - 19 J  

Passo 2

( b )

τ = p E ⋅ s i n ϕ ,       τ m a x ⇒ ϕ = 9 0 °

E = σ ε 0

τ m a x = p σ ε 0

τ m a x = 1,6 ⋅ 10 - 19 C ⋅ 220 ⋅ 10 - 9 m 125 ⋅ 10 - 6 C m 2 8,85 ⋅ 10 - 12 C 2 N ⋅ m 2  

τ m a x = 4,97 ⋅ 10 - 19 N ⋅ m  

O dipolo está orientado perpendicular ao campo elétrico

( c ) nessa situação será nula

F = 0

Resposta

( a )

U m a x = 4,97 ⋅ 10 - 19 J  

( b )

τ m a x = 4,97 ⋅ 10 - 19 N ⋅ m  

O dipolo está orientado perpendicular ao campo elétrico

( c )

F = 0

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