Podczas nauki fizyki w klasie 10 rozważany jest temat dipoli. Co oznacza ta koncepcja i jakich formuł używa się do jej obliczania?
Wprowadzenie
Jeśli umieścisz dipol w przestrzeni jednolitego pola elektrycznego, możesz przedstawić go jako linie siły. Dipol to układ, w którym występują dwa ładunki o identycznych parametrach, ale są to przeciwne ładunki punktowe. Co więcej, odległość między nimi będzie znacznie mniejsza niż odległość do dowolnego punktu pola dipolowego. Pojęcie momentu dipolowego jest badane na szkolnym kursie elektrodynamiki (klasa 10).
Oś dipola jest linią prostą przechodzącą przez punkty obu ładunków. Ramię dipola to wektor, który łączy ładunek i jednocześnie przechodzi od cząstek naładowanych ujemnie do cząstek naładowanych dodatnio. Dipol elektryczny charakteryzuje się obecnością takiego stanu jak dipol lub moment elektryczny.
Z definicji moment dipolowy jest wektorem, który jest liczbowo równy iloczynowi ładunku dipolowego i jego ramienia. Ponadto jest współkierowany z ramieniem dipola. Przy zerowej równości sumy sił obliczamy wartość momentu. Dla kąta, który istnieje między momentem dipolowym akierunkowość pola elektrycznego, charakterystyczna jest obecność momentu mechanicznego.
Często ludziom trudno jest obliczyć moduł działający na strukturę dipola. Tutaj należy wziąć pod uwagę specyfikę obliczania kąta „Alfa”. Wiadomo, że dipol odbiega od pozycji zrównoważonej. Ale sam moment dipolowy ma charakter przywracający, ponieważ zwykle jest w ruchu.
Obliczenia
Kiedy ten moment dipolowy jest umieszczony w ośrodku o niejednorodnym polu elektrycznym, nieuchronnie powstaje siła. W takim środowisku wskaźniki sumy sił nie będą wynosić zero. W konsekwencji na moment dipolowy działają siły o charakterze punktowym. Rozmiar ramienia dipola jest znacznie mniejszy.
Wzór można zapisać w następujący sposób: F=q (E2 - E1)=qdE, gdzie d jest różniczką pola elektrycznego.
Wyszukaj charakterystykę badanej koncepcji fizycznej
Spójrzmy dalej na ten temat. Aby określić, jaka jest charakterystyka pola elektrycznego, jeśli jest ono tworzone za pomocą układu ładunków i zlokalizowane na małej przestrzeni, należy wykonać szereg obliczeń. Przykładem są atomy i cząsteczki, które w swoim składzie posiadają naładowane elektrycznie jądra i elektrony.
Jeżeli konieczne jest wyszukanie pola w odległości większej niż wymiary, które składają się na obszar, w którym znajdują się cząstki, użyjemy wielu dokładnych wzorów, które są bardzo złożone. Możliwe jest użycie prostszeprzybliżone wyrażenia. Załóżmy, że w tworzeniu pola elektrycznego biorą udział punktowe zbiory ładunków qk. Znajdują się na małej przestrzeni.
Aby wykonać obliczenie charakterystyki, jaką posiada pole, można połączyć wszystkie ładunki systemu. Taki system jest uważany za ładunek punktowy Q. Wskaźniki wielkości będą sumą ładunków, które były w oryginalnym systemie.
Lokalizacja ładunków
Wyobraźmy sobie, że lokalizacja ładunku jest wskazana w dowolnym miejscu, w którym znajduje się układ ładunków qk. Przy dokonywaniu zmian w lokalizacji, jeśli ma ona ograniczenia wyrażone na niewielkim obszarze, taki wpływ będzie znikomy, z punktu widzenia pola niemal niezauważalny. W takich granicach aproksymacji siły i potencjału, jakimi dysponuje pole elektryczne, wyznaczania dokonuje się za pomocą tradycyjnych wzorów.
Gdy suma całkowitego ładunku systemu wynosi zero, parametry wskazanego przybliżenia będą wyglądać zgrubnie. Daje to powód do wnioskowania, że pole elektryczne jest po prostu nieobecne. Jeśli konieczne jest uzyskanie dokładniejszego przybliżenia, zbierz mentalnie oddzielne grupy ładunków dodatnich i ujemnych rozważanego układu.
W przypadku przemieszczenia ich "środków" względem innych, parametry pola w takim układzie można opisać jako pole, które ma dwa ładunki punktowe, równe co do wielkości i przeciwne pod względem znaku. Zauważa się, że są przemieszczeni w stosunku do innych. Aby zapewnićAby dokładniej scharakteryzować układ ładunków pod kątem parametrów tego przybliżenia, konieczne będzie zbadanie właściwości dipola w polu elektrycznym.
Wprowadzenie terminu
Wróćmy do definicji. Dipol elektryczny to definicja systemu, który ma dwa ładunki punktowe. Mają ten sam rozmiar i przeciwne znaki. Co więcej, takie znaki znajdują się w niewielkich odległościach w stosunku do innych znaków.
Można obliczyć charakterystykę procesu tworzonego za pomocą dipola i jest on reprezentowany przez dwa ładunki punktowe: +q i −q, które znajdują się w pewnej odległości a względem pozostałych.
Sekwencja obliczeń
Zacznijmy od obliczenia potencjału i natężenia dipola na swojej powierzchni osiowej. To jest linia prosta, która biegnie między dwoma ładunkami. Zakładając, że punkt A znajduje się w odległości równej r względem środkowej części dipola i jeśli jest to r >> a, zgodnie z zasadą superpozycji dla potencjału pola w tym punkcie, racjonalne będzie użyj wyrażenia do obliczenia parametrów dipola elektrycznego.
Wielkość wektora siły jest obliczana zgodnie z zasadą superpozycji. W celu obliczenia natężenia pola stosuje się koncepcję stosunku potencjału do natężenia pola:
Ex=−Δφ /Δx.
W takich warunkach kierunek wektora intensywności jest wskazywany wzdłużnie względem osi dipola. Aby obliczyć jego moduł, stosuje się standardową formułę.
Ważnewyjaśnienia
Należy wziąć pod uwagę, że osłabienie pola elektrycznego dipola następuje szybciej niż następuje ładunek punktowy. Zanik potencjału pola dipolowego jest odwrotnie proporcjonalny do kwadratu odległości, a natężenie pola jest odwrotnie proporcjonalne do sześcianu odległości.
Korzystając z podobnych, ale bardziej kłopotliwych metod, parametry potencjału i natężenia pola dipola znajdują się w dowolnych punktach, których parametry położenia określa się za pomocą takiej metody obliczeniowej, jak współrzędne biegunowe: odległość do środek dipola elektrycznego (r) i kąt (θ).
Obliczanie za pomocą wektora napięcia
Koncepcja wektora intensywności E jest podzielona na dwa punkty:
- Promieniowa (Er), która jest skierowana w kierunku wzdłużnym względem linii prostej.
- Taka linia prosta łączy określony punkt i środek dipola z prostopadłą do niego Eθ.
Ta dekompozycja każdego składnika jest skierowana wzdłuż przebiegu zmiany, która zachodzi we wszystkich współrzędnych punktu, który ma być obserwowany. Można to znaleźć na podstawie stosunku, który wiąże wskaźniki natężenia pola z potencjalnymi modyfikacjami.
Znalezienie składowej wektora przy natężeniu pola jest ważne, aby ustalić charakter zależności w potencjalnych zmianach zachodzących w wyniku przesunięcia punktu obserwacji w kierunku wektorów.
Oblicz składową prostopadłą
Kiedy skończyszW przypadku tej procedury należy wziąć pod uwagę, że wyrażenie na wielkość przy małym przemieszczeniu prostopadłym zostanie określone przez zmianę kąta: Δl=rΔθ. Parametry wielkości dla tego składnika pola będą równe.
Po uzyskaniu stosunku można wyznaczyć pole dipola elektrycznego w dowolnym punkcie, aby zbudować obraz z liniami siły tego pola.
Ważne jest, aby wziąć pod uwagę, że wszystkie wzory do określania potencjału i natężenia pola dipola działają tylko na iloczynie wartości, jakie ma jeden ładunek dipolowy i odległości między nimi.
Moment dipolowy
Tytuł opisywanej pracy to pełny opis właściwości elektrycznych. Ma nazwę „moment dipolowy układu”.
Z definicji dipola, który jest układem ładunków punktowych, można stwierdzić, że charakteryzuje się on symetrią osiową, gdy oś jest linią prostą przechodzącą przez kilka ładunków.
Aby ustawić pełną charakterystykę dipola, wskaż kierunek orientacji osi. Dla uproszczenia obliczeń można określić wektor momentu dipolowego. Wartość jego wielkości jest równa wielkości momentu dipolowego, a wektor kierunku różni się koincydencją tego i osi dipola. Zatem p=qa, jeśli a jest kierunkiem wektora łączącego ładunek ujemny i dodatni dipola.
Zastosowanie takiej charakterystyki dipola jest wygodne i umożliwia w większości przypadków uproszczenie wzoru i nadanie mu postaciwektor. Opis potencjału pola dipolowego w punkcie o dowolnym kierunku jest zapisany w postaci wektora.
Wprowadzenie takich pojęć, jak wektorowa charakterystyka dipola i jego moment dipolowy można przeprowadzić przy użyciu uproszczonego modelu − ładunku punktowego w polu jednorodnym, który zawiera układ ładunków, których wymiary geometryczne nie nie trzeba brać pod uwagę, ale ważne jest, aby znać moment dipolowy. Jest to warunek wstępny wykonywania obliczeń.
Jak zachowuje się dipol
Zachowanie dipola można zobaczyć na przykładzie takiej sytuacji. Położenie dwóch ładunków punktowych ma stały charakter odległości względem siebie. Umieszczono je w warunkach dipola o jednorodnym polu elektrycznym. Dokonałem obserwacji procesu. Na lekcjach fizyki (elektrodynamiki) ta koncepcja jest szczegółowo rozważana. Od pola do ładunku odbywa się działanie sił:
F=±qE
Są równe co do wielkości i przeciwne w kierunku. Wskaźnik całkowitej siły działającej na dipol wynosi zero. Ponieważ taka siła działa na różne punkty, całkowity moment będzie wynosił:
M=Fa grzech a=qEa grzech a=pE grzech a
gdzie α jest kątem łączącym wektory natężenia pola i wektory momentu dipolowego. Ze względu na obecność momentu siły, moment dipolowy układu ma tendencję do powrotu do kierunków wektora natężenia pola elektrycznego.
Dipol elektryczny to koncepcja, którą należy jasno zrozumieć. Więcej na ten temat można przeczytać w Internecie. Również możeuczyć się na lekcjach fizyki w szkole w klasie 10, o czym mówiliśmy powyżej.
