Considere dois dipolos elétricos (ideais), cujos momentos de dipolo sejam idênticos. Identifique a configuração em que os dipolos estarão em equilíbrio estável. Pense que cada um dos dipolos gera um campo elétrico que, por sua vez, vai agir sobre o outro dipolo.
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Passo 1
O enunciado pede para identificar qual disposição de dois dipolos idênticos leva a um equilíbrio estável, sabendo que cada dipolo produz um campo elétrico que exerce torque no outro. O conteúdo é energia potencial de dipolo em campo elétrico e estabilidade de equilíbrio. Vamos precisar da expressão do campo de um dipolo elétrico no eixo e da energia potencial
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Passo 2
Considere o dipolo 1 com momento
apontando para cima e colocado na origem, e o dipolo 2 no ponto de coordenada
com momento
. O campo elétrico de um dipolo no eixo (linha que contém o dipolo) é dado por
apontando no mesmo sentido de
.
Passo 3
A energia potencial de um dipolo
em um campo
é
Se alinharmos
também para cima (mesmo sentido de
), temos
Passo 4
Para verificar a estabilidade angular, fazemos um pequeno desvio angular
em relação à configuração alinhada. Expandindo
mostra que o termo em
é positivo em
, de modo que
aumenta para
. Logo essa é uma posição de mínimo de energia, isto é, equilíbrio estável.
Passo 5
Nas demais configurações: antialinhados (
) dão máximo de energia (instável), e perpendiculares (
ou
) são pontos de energia neutra ou de sela. Portanto a única estável é a de ambos apontando para cima.
Resposta
a.