Dipol Listrik di Dalam Medan Listrik
Walaupun atom-atom dan molekul-molekul bersifat netral secara listrik, namun atom-atom dan molekul ini juga dipengaruhi oleh medan listrik, sebab atom-atom dan molekul-molekul tersebut memiliki muatan positif dan muatan negatif. Kita bisa menganggap sebuah atom terdiri dari inti atom yang bermuatan positif dan dikelilingi oleh awan elektron yang bermuatan negatif. Karena jari-jari inti sekitar 100.000 kali lebih kecil dibandingkan awan elektron , kita dapat menganggapnya sebagai muatan titik. Pada beberapa atom dan molekul, awan elektron mempunyai simetri bola , sehingga pusat muatanya berada pada pusat atom atau molekul, berimpit dengan muatan positif. Atom atau molekul yang demikian disebut nonpolar. Namun demikian, dengan adanya medan listrik luar, pusat muatan positif tidak berimpit dengan pusat muatan negatifnya. Medan listrik melakukan suatu gaya pada inti yang bermuatan positif yang arahnya searah medan dan gaya pada awan elektron yang bermuatan negatif pada arah yang berlawanan. Muatan positif dan negatif akan terpisah sehingga gaya tarik menarik muatan akan menmgimbangi gaya luar pada masing-masing muatan akibat medan listrik luar. Distribusi muatan yang demikian berperilaku sebagi suatu dipol listrik .
Momen dipol suatu atom atau molekul non polar didalam medan listrik luar disebut momen dipol induksi. Momen dipol induksi ini mempunyai arah sama dengan arah medan listrik. Jika medan listrik yang homogen, tidak ada gaya total dipol sebab gaya pada muatan positif maupun negatif sama besar dan berlawanan arah. Namun demikian, bila medan listriknya tidak homogen, akan ada gaya total yang bekerja pada dipol tersebut. Momen dipol induksi sejajar dengan E pada arah radial dari muatan titik tersebut. Medan pada muatan negatif lebih kuat sebab letaknya lebih dekat kepada muatan titik, jadi gaya total pada dipol akan menuju muatan titik dan dipol di tarik menuju muatan titik jika titik muatan tersebut adalah negatif, dipol induksi akan mempunyai arah yang berlawanan dari arah semula, dan dipol sekali lagi akan ditarik oleh muatan titik tersebut. Gaya yang dihasilkan oleh medan listrik tidak homogen pada partikel netral merupakan penyebab potongan atas ditarik oleh sisir yang bermuatan.hal ini juga merupakan penyebab balon yang bermuatan menempel pada dinding atau langit-langit. Dalam hal ini, muatan pada balon memberikan medan listrik tidak homogen yang mempolarisasi (yaitu, momen dipol induksi) molekul dari dinding atau langit-langit dan kemudian menariknya.
listrik permanen. Jika sebuah molekul polar diletakkan didalam suatu medan listrik homogen akan ada gaya total padanya,tetapi alkan ada momen yang mengarahkan molekul untuk berputar sehingga dipol mengarah sejajar medan.
Torka dapat ditulis sebagi perkalian silang dari momen dipol p dengan medan listrik E :
τ=p x E
Jika dipol berputar melalui sudut dθ , medan listrik melakukan kerja
dw= - τdθ=−p E sinθ dθ
tanda minus muncul akibat torka yang cenderung menurunkan q. Dengan membuat kerja ini sama dengan penurunan energi potensial, akan kita peroleh :
du = -dw = + pE sinθ dθ
dengan mengintegrasikan, kita peroleh :
U= -pE cosθ+U o
Biasanya kita pilih energi potensial menjadi nol pada saat dipol tegak lurus medan listrik, yaitu ketika θ=90°. Kemudian Uo = 0 dan energi potensial menjadi :
U = -pE cosθ=−p . E
