Enunciado
Física - Young and Freedman - Vol 3- Ed: 12º - Capítulo 21.Problemas - Ex. 64
A molécula de amônia () possui um momento de dipolo elétrico igual a . Moléculas de amônia na fase gasosa são colocadas em um campo elétrico uniforme cujo módulo é igual a .
(a) Qual é a carga e a energia potencial elétrica quando o momento de dipolo muda sua orientação em relação a , de uma direção paralela para uma direção perpendicular?
(b) Qual é a temperatura absoluta para a qual a energia cinética média da translação das moléculas é igual à variação da energia potencial calculada no item (a)?
Passo 1
(a) Vamos lembrar da fórmula para a energia pontencial:
Onde é o ângulo entre o momento dipolo e o campo elétrico.
Se o momento dipolo saiu de uma direção paralela ao campo elétrico, isso quer dizer que no início . Então:
E foi para uma direção perpendicular, ou seja, :
Então, a variação da energia potencial foi de:
Onde o momento dipolo foi dado e o campo elétrico também:
Passo 2
(b) Se queremos que a energia cinética dada por seja igual à potencial da letra anterior, vamos igualar uma à outra e achar qual temperatura torna isso verdade:
Isolando :
Onde esse é uma constante lá da termodinâmica, constante de Boltzmann e vale :
Fazendo as contas:
Resposta
(a)
(b)