Pri štúdiu fyziky v 10. ročníku sa berie do úvahy téma dipólov. Čo tento pojem znamená a aké vzorce sa používajú na jeho výpočet?
Úvod
Ak umiestnite dipól do priestoru rovnomerného elektrického poľa, môžete ho znázorniť ako siločiary. Dipól je systém, v ktorom sú dva náboje, ktoré sú parametrami identické, ale ide o opačné bodové náboje. Okrem toho bude vzdialenosť medzi nimi oveľa menšia ako vzdialenosť k akémukoľvek bodu dipólového poľa. Koncept dipólového momentu sa študuje v školskom kurze elektrodynamiky (10. ročník).
Os dipólu je priamka, ktorá prechádza bodmi oboch nábojov. Dipólové rameno je vektor, ktorý spája náboj a zároveň prechádza od záporne nabitých častíc k kladne nabitým časticiam. Elektrický dipól je charakterizovaný prítomnosťou takého stavu, ako je dipól alebo elektrický moment.
Podľa definície je dipólový moment vektor, ktorý sa číselne rovná súčinu dipólového náboja a jeho ramena. Navyše je v spoločnom smere s ramenom dipólu. Pri nulovej rovnosti súčtu síl vypočítame hodnotu momentu. Pre uhol, ktorý existuje medzi dipólovým momentom asmerovosť elektrického poľa je charakteristická prítomnosť mechanického momentu.
Pre ľudí je často ťažké vypočítať modul pôsobiaci na dipólovú štruktúru. Tu je potrebné vziať do úvahy zvláštnosti výpočtu uhla "Alfa". Je známe, že dipól sa odchyľuje od vyváženej polohy. Ale samotný dipólový moment má obnovujúci charakter, pretože má tendenciu byť v pohybe.
Výpočty
Keď je tento dipólový moment umiestnený do prostredia nehomogénneho elektrického poľa, nevyhnutne vzniká sila. V takomto prostredí nebudú ukazovatele súčtu síl nulové. V dôsledku toho na dipólový moment pôsobia sily s bodovým charakterom. Veľkosť ramena dipólu je oveľa menšia.
Vzorec možno napísať takto: F=q (E2 - E1)=qdE, kde d je diferenciál elektrického poľa.
Vyhľadajte charakteristiky skúmaného fyzikálneho konceptu
Pozrime sa na tému ďalej. Aby bolo možné určiť, aká je charakteristika elektrického poľa, ak je vytvorené pomocou systému nábojov a lokalizované v malom priestore, je potrebné vykonať množstvo výpočtov. Príkladom sú atómy a molekuly, ktoré majú vo svojom zložení elektricky nabité jadrá a elektróny.
Ak je potrebné hľadať pole vo vzdialenosti väčšej, ako sú rozmery, ktoré tvoria oblasť, kde sa častice nachádzajú, použijeme množstvo presných vzorcov, ktoré sú veľmi zložité. Je možné použiť jednoduchšiepribližné výrazy. Predpokladajme, že na tvorbe elektrického poľa sa podieľajú bodové sady nábojov qk. Nachádzajú sa na malom priestore.
Na vykonanie výpočtu charakteristiky, ktorú má pole, je dovolené kombinovať všetky poplatky systému. Takýto systém sa považuje za bodový náboj Q. Indikátory veľkosti budú súčtom nábojov, ktoré boli v pôvodnom systéme.
Umiestnenie poplatkov
Predstavme si, že umiestnenie náboja je uvedené na akomkoľvek mieste, kde sa nachádza systém poplatkov qk. Pri zmenách miesta, ak má limity vyjadrené na malej ploche, bude takýto vplyv zanedbateľný, pre pole z pohľadu takmer nepostrehnuteľný. V rámci limitov aproximácie sily a potenciálu, ktoré má elektrické pole, sa určovania robia pomocou tradičných vzorcov.
Keď je súčet celkového nabitia systému nula, parametre uvedenej aproximácie budú vyzerať drsne. To dáva dôvod na záver, že elektrické pole jednoducho chýba. Ak je potrebné získať presnejšiu aproximáciu, mentálne pozbierajte oddelené skupiny kladných a záporných nábojov systému, ktorý sa uvažuje.
V prípade posunutia ich "stredov" vzhľadom k ostatným, parametre poľa v takomto systéme možno opísať ako pole, ktoré má dva bodové náboje, rovnakej veľkosti a opačného znamienka. Je potrebné poznamenať, že sú posunuté vo vzťahu k ostatným. PoskytnúťPre presnejšiu charakteristiku systému nábojov z hľadiska parametrov tejto aproximácie bude potrebné preštudovať vlastnosti dipólu v elektrickom poli.
Úvod pojmu
Vráťme sa k definícii. Elektrický dipól je definícia systému, ktorý má dva bodové náboje. Majú rovnakú veľkosť a opačné znamienka. Okrem toho sú takéto značky umiestnené v malých vzdialenostiach od iných značiek.
Môžete vypočítať charakteristiku procesu, ktorý je vytvorený pomocou dipólu a je reprezentovaný dvoma bodovými nábojmi: +q a −q, ktoré sa nachádzajú vo vzdialenosti relatívnej od ostatných.
Postupnosť výpočtov
Začnime výpočtom potenciálu a intenzity, ktorú má dipól na svojom axiálnom povrchu. Toto je priamka, ktorá vedie medzi dvoma nábojmi. Za predpokladu, že bod A je umiestnený vo vzdialenosti, ktorá sa rovná r vzhľadom na strednú časť dipólu, a ak je r >> a, podľa princípu superpozície pre potenciál poľa v tomto bode bude racionálne použite výraz na výpočet parametrov elektrického dipólu.
Veľkosť vektora sily sa vypočíta na princípe superpozície. Na výpočet intenzity poľa sa používa koncept pomeru potenciálu a intenzity poľa:
Ex=−Δφ /Δx.
Za takýchto podmienok je smer vektora intenzity vyznačený pozdĺžne vzhľadom na os dipólu. Na výpočet jeho modulu je použiteľný štandardný vzorec.
Dôležitévysvetlenia
Treba vziať do úvahy, že k zoslabnutiu elektrického dipólového poľa dochádza rýchlejšie ako k bodovému náboju. Pokles potenciálu dipólového poľa je nepriamo úmerný druhej mocnine vzdialenosti a sila poľa je nepriamo úmerná tretej mocnine vzdialenosti.
Pomocou podobných, ale ťažkopádnejších metód sa parametre potenciálu a intenzity poľa dipólu nachádzajú v ľubovoľných bodoch, ktorých parametre polohy sa určujú pomocou takej metódy výpočtu, ako sú polárne súradnice: vzdialenosť k stred elektrického dipólu (r) a uhol (θ).
Výpočet pomocou vektora napätia
Koncept vektora intenzity E je rozdelený do dvoch bodov:
- Radiálny (Er), ktorý je nasmerovaný v pozdĺžnom smere vzhľadom na priamku.
- Takáto priama čiara spája určený bod a stred dipólu s kolmicou naň Eθ.
Tento rozklad každej zložky je nasmerovaný pozdĺž priebehu zmeny, ku ktorej dochádza so všetkými súradnicami pozorovaného bodu. Môžete to nájsť podľa pomeru, ktorý spája indikátory intenzity poľa s potenciálnymi úpravami.
Pri hľadaní zložky vektora pri intenzite poľa je dôležité určiť povahu vzťahu v potenciálnych zmenách, ktoré nastanú v dôsledku posunutia pozorovacieho bodu v smere vektorov.
Vypočítajte kolmú zložku
Po dokončeníPre tento postup je dôležité vziať do úvahy, že výraz pre veľkosť pri malom kolmom posune bude určený zmenou uhla: Δl=rΔθ. Parametre veľkosti pre túto zložku poľa budú rovnaké.
Po získaní pomeru je možné určiť pole elektrického dipólu v ľubovoľnom bode a vytvoriť obraz so siločiarami tohto poľa.
Je dôležité vziať do úvahy, že všetky vzorce na určenie potenciálu a intenzity poľa dipólu fungujú iba na základe súčinu hodnôt, ktoré má jeden dipólový náboj, a vzdialenosti medzi nimi.
Dipólový moment
Názov opísanej práce je úplný popis elektrického typu vlastností. Má názov "dipólový moment systému".
Podľa definície dipólu, ktorý je sústavou bodových nábojov, možno zistiť, že je charakterizovaný prítomnosťou osovej súmernosti, keď osou je priamka, ktorá prechádza niekoľkými nábojmi.
Ak chcete nastaviť úplnú charakteristiku dipólu, uveďte smer orientácie osi. Pre jednoduchosť výpočtov je možné špecifikovať vektor dipólového momentu. Hodnota jeho veľkosti sa rovná veľkosti dipólového momentu a smerový vektor sa líši jeho zhodou a osou dipólu. Takže p=qa, ak a je smer vektora, ktorý spája záporný a kladný náboj dipólu.
Použitie takejto charakteristiky dipólu je pohodlné a vo väčšine prípadov umožňuje zjednodušiť vzorec a dať mu tvarvektor. Popis potenciálu dipólového poľa v bode ľubovoľného smeru je napísaný vo forme vektora.
Zavedenie takých pojmov, ako je vektorová charakteristika dipólu a jeho dipólový moment, je možné vykonať pomocou zjednodušeného modelu − bodového náboja v rovnomernom poli, ktorý zahŕňa sústavu nábojov, ktorých geometrické rozmery nemusí sa brať do úvahy, ale je dôležité poznať dipólový moment. Toto je predpoklad na vykonávanie výpočtov.
Ako sa správa dipól
Na príklade takejto situácie možno vidieť správanie dipólu. Poloha dvoch bodových nábojov má pevný charakter vzájomnej vzdialenosti. Boli umiestnené v podmienkach dipólu rovnomerného elektrického poľa. Urobil postrehy k procesu. V hodinách fyziky (elektrodynamiky) sa tento koncept podrobne zvažuje. Z poľa do náboja sa vykonáva pôsobenie síl:
F=±qE
Majú rovnakú veľkosť a opačný smer. Ukazovateľ celkovej sily, ktorá pôsobí na dipól, je nulový. Keďže takáto sila pôsobí na rôzne body, celkový moment bude:
M=Fa sin a=qEa sin a=pE sin a
pričom α je uhol spájajúci vektory intenzity poľa a vektory dipólového momentu. V dôsledku prítomnosti silového momentu má dipólový moment systému tendenciu vracať sa do smerov vektora intenzity elektrického poľa.
Elektrický dipól je pojem, ktorý je dôležité jasne pochopiť. Viac si o tom môžete prečítať na internete. Tiež môžeštudovať na hodinách fyziky v škole v 10. ročníku, ako sme o tom hovorili vyššie.
