انرژی پتانسیل دوقطبی الکتریکی

انرژی پتانسیل به جهت گیری دوقطبی الکتریکی در یک میدان الکتریکی بستگی دارد. هنگامی که گشتاور p در جهت میدان باشد، انرژی پتانسیل دوقطبی حداقل مقدار خود را دارد در این حالت گشتاور خالص حول مرکز جرم دوقطبی برابر صفر است. ما دوقطبی را می توانیم شبیه به یک آونگ درنظر بگیریم که حول راستای میدان نوسان می کند. چرخش دوقطبی در میدان الکتریکی مستلزم انجام دادن کار است. با توجه به تعریف انرژی پتانسیل ما می توانیم یک سطح با پتانسیل صفر درنظر بگیریم و اختلاف پتانسیل را نسبت به آن بسنجیم. اگر ما انرژی پتانسیل دوقطبی را زمانی کهθ در شکل 22-12، 90° است برابر با صفر درنظر بگیریم، می توانیم انرژی پتانسیل U دوقطبی را در هر زاویه ای دیگری از θ با محاسبه کاری که میدان الکتریکی برای چرخش دوقطبی به اندازه ی زاویه θ از حالت 90° انجام می دهد محاسبه کرد. بنابراین انرژی پتانسیل در زاویه ی θ برابراست با:

(33-22)

با انتگرال گیری خواهیم داشت:

(34-22)

شکل برداری این معادله برابر است با:

(35-22)

معادله ی 22-35، نشان می دهد که کمینه انرژی پتانسیل برابر است با U = -pE (هنگامی که θ = 0) و بیشینه انرژی پتانسیل برابر است با U = pE (هنگامی که θ = 180°). وقتی دوقطبی از یک جهت گیری اولیه به جهت گیری نهایی می چرخد، کار انجام شده توسط میدان الکتریکی روی دوقطبی برابر است با:

(36-22)

اگر چرخش توسط یک گشتاور خارجی انجام شود. کار انجام شده توسط گشتاور خارجی روی دوقطبی برابر با منفی کار انجام شده توسط میدان الکتریکی است:

(37-22)