Um dipolo elétrico formado por cargas de +2nC e -2nC separadas por uma distância de 0,66 mm é submetido a um campo elétrico de
.
Calcule a energia potencial quando a orientação do momento dipolar forma um ângulo de
com a orientação do vetor campo elétrico.
Dica: Escreva o resultado com uma casa decimal em
.
Calcule a energia potencial quando a orientação do momento dipolar forma um ângulo de
Dica: Escreva o resultado com uma casa decimal em
Passo 1
Beleza, vamos lá! A questão fala sobre um dipolo elétrico, que é basicamente duas cargas de sinais opostos (+2nC e -2nC) separadas por uma distância de 0,66 mm. Esse dipolo está num campo elétrico de
. A gente precisa calcular a energia potencial quando o dipolo está formando um ângulo de
com o campo. Para resolver isso, vamos usar conceitos de momento dipolar e energia potencial de dipolos em campos elétricos.
Passo 2
Primeiro, vamos calcular o momento dipolar (
). O momento dipolar é dado pela fórmula:
Aqui,
é a carga e
é a distância entre as cargas. Precisamos garantir que as unidades estejam no Sistema Internacional (SI). A carga é 2 nanocoulombs (nC), que é
, e a distância é 0,66 mm, que é
.
Passo 3
Agora, vamos calcular o momento dipolar:
Passo 4
Com o momento dipolar calculado, usamos a fórmula da energia potencial (
) de um dipolo em um campo elétrico:
Onde
é o campo elétrico e
é o ângulo entre o momento dipolar e o campo. Vamos substituir os valores:
Passo 5
Calculando o cosseno de 144 graus:
Agora, substituindo:
Convertendo para microjoules (
):
Resposta
A energia potencial é de aproximadamente
.