Questão 9: Tendo como base a seção 4.4 do Vol. 3 do livro Física Básica de Moysés Nussenzveig que trata sobre dipolos elétricos:
Discuta sobre exemplos de dipolos na escala microscópica;

Passo 1

O enunciado pede para discutirmos exemplos de dipolos elétricos na escala microscópica, com base na seção 4.4 do Vol. 3 de Física Básica (Nussenzveig). Esse tópico trata de como cargas separadas por uma distância microscópica criam um momento dipolar e como, em certos sistemas, isso ocorre de forma permanente ou induzida.

Passo 2

Antes de dar exemplos, vamos lembrar a definição de momento dipolar elétrico: para duas cargas de mesmo módulo e sinais opostos +q e -q separadas por um vetor vec d, o momento dipolar é
vec p = q,vec d
No nível microscópico distinguimos dois tipos principais de dipolos:
– Dipolos permanentes: moléculas ou agrupamentos que já apresentam separação de cargas em condições normais.
– Dipolos induzidos: sistemas inicialmente apolares que, quando submetidos a um campo elétrico externo, sofrem distorção de nuvem eletrônica e adquirem momento dipolar.

Passo 3

Exemplos de dipolos permanentes em escala molecular:
– Molécula de água ( H2O): o átomo de oxigênio é mais eletronegativo que os de hidrogênio, de modo que a nuvem eletrônica fica deslocada, gerando vec pneq0.
– Moléculas diatômicas polares, como HCl ou CO: a diferença de eletronegatividade entre H e Cl (ou C e O) causa separação de carga ao longo da ligação.
– Moléculas com geometria assimétrica, como amônia ( NH3) ou clorofórmio ( CHCl3), em que a forma piramidal (ou tetraédrica inclinada) impede o cancelamento dos momentos de ligação.

Passo 4

Exemplos de dipolos induzidos em átomos e moléculas originalmente apolares:
– Gases nobres (He, Ne, Ar): em um campo elétrico externo vec E, a nuvem eletrônica “desalinha” em relação ao núcleo, gerando um momento
vec prm ind = alpha,vec E,
onde alpha é a polarizabilidade do átomo.
– Moléculas apolares como O2, N2 ou CH4: apesar de simétricas, elas adquirem dipolo momentâneo quando sujeitas a um campo.

Passo 5

Exemplos de dipolos em sólidos iônicos e materiais dielétricos:
– Pares iônicos em cristais (p.ex. NaCl): localmente, cada sítio Na ^+–Cl ^- pode ser visto como um dipolo se houver distorção da rede ou defeitos.
– Dielétricos polares (p.ex. BaTiO 3, PVDF): unidades cristalinas ou grupos moleculares se realinham parcialmente sob vec E, produzindo polarização macroscópica.

Resposta

Em escala microscópica encontramos dipolos permanentes em moléculas polares ( H2O, HCl, N H3 etc.), dipolos induzidos em átomos e moléculas apolares submetidos a campo externo (gases nobres, O2, C H4) e pares iônicos ou grupos polares em sólidos e dielétricos (NaCl, BaTi O3, polímeros ferroelectricos).

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