Energía eléctrica del momento dipolar

Convencionalmente se define la energía eléctrica como

tu = 1 2 mi ( r ) mi ( r ) d 3 X
dónde mi es un campo eléctrico.

Y de un libro de texto como Griffith, sabemos que el campo eléctrico generado por el dipolo se da como

mi d i pag o yo mi ( r ) = 1 4 π 1 r 3 ( 3 ( pag r ^ ) r ^ pag )
Estoy tratando de conectar esto y obtener una fórmula explícita para la energía eléctrica. tu .

Creo que el resultado debería estar en algún libro de texto o documentos, pero no pude encontrarlo.

¿Conoces la fórmula?


El propósito de esta pregunta es en realidad calcular el tu con mi .

mi juicio fue

tu = 1 2 1 dieciséis π 2 1 r 6 ( 3 ( pag r ^ ) 2 pag pag ) r 2 d r pecado ( θ ) d θ d φ

= 1 32 π r 3 0 π ( 3 ( pag r ^ ) 2 ( pag pag ) ) pecado ( θ ) d θ

Entonces, el potencial electrostático de esta configuración es simplemente el de dos cargas puntuales separadas por cierta distancia. d . Me imagino que uno puede encontrar la energía electrostática de esta configuración al notar que tu = q V ?
¿Cómo desea hacer frente a un campo E infinito cuando r = 0 ?
¿Cómo te integraste? r y terminar con 1 / r 3 ?
Hay un error de señal: debería ser + pag 2 .

Respuestas (1)

El campo eléctrico de un dipolo se puede escribir en coordenadas esféricas (usando su sistema de unidades) como

mi = 1 4 π r 3 ( 2 pag porque θ   r ^ + pag pecado θ   θ ^ )
mi 2 = pag 2 dieciséis π 2 r 6 ( 1 + 3 porque 2 θ )

Integrando sobre un volumen esférico (como propones) desde un radio interior r 1 a un radio exterior r 2 , rendimientos

tu = pag 2 4 π [ 1 r 3 ] r = r 2 r = r 1 .

Como puede ver, no hay problema para integrarse a r 2 = , pero obtienes una energía infinita si permites r 1 = 0 (porque el campo eléctrico es infinito cuando r = 0 ).

La expresión para tu en términos de mi 2 no se puede utilizar en la posición de las cargas puntuales o, en este caso, en la posición de un (supuesto) dipolo puntual.