Dipôle électrique

Qu'est-ce qu'un conducteur ?

Les substances contenant un nombre relativement important de porteurs de charges libres sont appelées conducteurs. Les métaux, par exemple, sont considérés comme de bons conducteurs électriques. Dans les métaux, les électrons peuvent se déplacer librement, car ils ne sont pas liés au réseau cristallin du métal et sont donc des porteurs de charge libres. Imaginons une tige métallique placée dans un champ électrique égal à zéro. Dans ce cas, les électrons sont uniformément répartis sur la surface du barreau métallique. Si nous plaçons la même tige dans un champ électrique différent de zéro, tous les porteurs de charge libres se déplaceront vers une extrémité de l'objet en raison de la force électrique subie par les porteurs de charge sous l'effet de la force de Coulomb.

Qu'est-ce qu'un diélectrique ?

Plus généralement, un matériau qui ne facilite pas le flux de porteurs de charges libres est appelé isolant électrique.

L'air, le plastique et l'alcool sont des exemples familiers de la vie quotidienne.

Il existe deux catégories de diélectriques :

• Les diélectriques polaires ;
• Les diélectriques non polaires.

Si l'on place un diélectrique non polaire dans un champ électrique égal à zéro, les centres des charges positives et négatives coïncident. Si le même diélectrique est placé dans un champ électrique non nul, les centres ne coïncident plus et un dipôle se forme.

Dans un diélectrique polaire, chaque molécule forme son propre dipôle orienté de manière aléatoire en raison du mouvement thermique, sans qu'un champ électrique externe ne soit nécessaire. Si un champ électrique externe est appliqué, les dipôles s'alignent dans la direction du champ. Ce processus est connu sous le nom de polarisation d'un diélectrique.

Définition d'un dipôle électrique

Schéma d'un dipôle électrique

Un schéma illustrant un dipôle électrique est présenté ci-dessous.

Fig.1- Deux particules de magnitude égale et de charge opposée séparées par une petite distance créent un dipôle électrique.

Les charges étant d'égale importance, les signes opposés s'annulent, ce qui fait que la charge globale du système est nulle. Le point médian entre les deux charges est appelé centre du dipôle.

Champ dipolaire électrique

Voyons ce qui arriverait à un dipôle électrique placé dans un champ électrique. Comme le montre la figure ci-dessous, les lignes de champ électrique s'étendent de la charge positive à la charge négative. Elles sont dirigées radialement vers l'extérieur de la charge positive et radialement vers l'intérieur de la charge négative. Par conséquent, elles sont également perpendiculaires à la surface des charges ponctuelles et constituent donc les lignes équipotentielles.

Si un dipôle est créé par un diélectrique, il aura son propre champ électrique, agissant dans la direction opposée au champ électrique externe. Cette interaction entraîne une réduction globale du champ électrique. L'ampleur de cette réduction varie en fonction du diélectrique utilisé. Un paramètre utilisé pour distinguer le niveau de changement est connu sous le nom de perméabilité diélectrique. Il décrit essentiellement le facteur par lequel le diélectrique affaiblit le champ électrique externe.

Moment dipolaire électrique

Chaque dipôle électrique est accompagné d'un moment dipolaire. La longueur d'un dipôle est la distance entre ses charges positives et négatives. Le moment dipolaire électrique est représenté par un vecteur allant de la charge négative du dipôle à la charge positive.

Le moment dipolaire électrique permet de décrire l'effet d'un dipôle à une certaine distance, en indiquant l'intensité du champ électrique qui sera produit.

Dipôle électrique : Symbole

L'équation utilisée pour calculer le moment dipolaire électrique est la suivante : \[ \vec{p} = q \vec{d}\]

Où

• \( p \) est le moment dipolaire électrique en Coulomb-mètres ;
• \( q \) est l'une ou l'autre des charges (positive ou négative) en Coulombs ;
• \( d \) est le vecteur de déplacement pointant de la charge négative vers la charge positive en mètres.

Nous pouvons utiliser l'une ou l'autre des charges car le moment dipolaire électrique représente la polarité globale du système. En d'autres termes, il ne dépend que de la magnitude de la charge ponctuelle et non de son signe.

Dipôle électrique : Exemple

Appliquons l'équation mentionnée ci-dessus à un problème d'exemple pour tester nos connaissances.

Potentiel dipolaire électrique

Avant de comprendre ce qu'est le potentiel dipolaire électrique, il convient de rappeler ce qu'est le potentiel électrique en général. L'équation utilisée pour calculer le potentiel électrique d'un système constitué d'une charge ponctuelle à une certaine distance est la suivante.\[V=k\frac{q}{r}\] où \( k \) est la même constante de Coulomb que celle évoquée précédemment.