Pri študiju fizike v 10. razredu se upošteva tema dipolov. Kaj ta koncept pomeni in katere formule se uporabljajo za izračun?
Uvod
Če postavite dipol v prostor enotnega električnega polja, ga lahko predstavite kot črte sile. Dipol je sistem, v katerem obstajata dva naboja, ki sta enaka po parametrih, vendar sta nasprotni točkovni naboji. Poleg tega bo razdalja med njima veliko manjša od razdalje do katere koli točke dipolnega polja. Koncept dipolnega momenta se preučuje v šolskem tečaju elektrodinamike (10. razred).
Os dipola je ravna črta, ki poteka skozi točki obeh nabojev. Dipolna roka je vektor, ki povezuje naboj in hkrati prehaja od negativno nabitih delcev do pozitivno nabitih delcev. Za električni dipol je značilna prisotnost takšnega stanja, kot je dipol ali električni moment.
Po definiciji je dipolni moment vektor, ki je številčno enak zmnožku dipolnega naboja in njegovega kraka. Poleg tega je sousmerjen z ramo dipola. Pri ničelni enakosti vsote sil izračunamo vrednost trenutka. Za kot, ki obstaja med dipolnim momentom inusmerjenost električnega polja je značilna prisotnost mehanskega momenta.
Ljudem je pogosto težko izračunati modul, ki deluje na dipolno strukturo. Tukaj je treba upoštevati posebnosti izračuna kota "Alpha". Znano je, da dipol odstopa od uravnoteženega položaja. Toda sam dipolni moment ima obnovitveni značaj, saj je ponavadi v gibanju.
Izračuni
Ko se ta dipolni moment postavi v medij nehomogenega električnega polja, neizogibno nastane sila. V takem okolju kazalniki vsote sil ne bodo enaki nič. Posledično na dipolni moment delujejo sile s točkovnim značajem. Velikost dipolne roke je veliko manjša.
Formulo lahko zapišemo takole: F=q (E2 - E1)=qdE, kjer je d razlika električnega polja.
Išči značilnosti fizičnega koncepta, ki se preučuje
Poglejmo temo naprej. Da bi ugotovili, kakšna je značilnost električnega polja, če je ustvarjeno s sistemom nabojev in lokalizirano v majhnem prostoru, je treba narediti številne izračune. Primer predstavljajo atomi in molekule, ki imajo v svoji sestavi električno nabita jedra in elektrone.
Če je treba iskati polje na razdalji, večji od dimenzij, ki sestavljajo območje, kjer se nahajajo delci, bomo uporabili številne natančne formule, ki so zelo zapletene. Možno je uporabiti enostavnejšepribližni izrazi. Predpostavimo, da pri ustvarjanju električnega polja sodelujejo točkovni nizi nabojev qk. Nahajajo se v majhnem prostoru.
Za izračun lastnosti, ki jo ima polje, je dovoljeno združiti vse obremenitve sistema. Tak sistem se obravnava kot točkovni naboj Q. Kazalniki velikosti bodo vsota nabojev, ki so bili v prvotnem sistemu.
Lokacija bremenitve
Predstavljajmo si, da je lokacija bremena označena na katerem koli mestu, kjer se nahaja sistem obremenitev qk. Pri spremembi lokacije, če ima meje izražene na majhnem območju, bo tak vpliv zanemarljiv, skoraj neopazen za polje v zornem kotu. V takih mejah približevanja moči in potenciala, ki jih ima električno polje, se določitve izvajajo s tradicionalnimi formulami.
Ko je vsota celotnega naboja sistema nič, bodo parametri prikazanega približka videti grobi. To daje razlog za sklep, da električno polje preprosto ni. Če je treba dobiti natančnejši približek, miselno zberite ločene skupine pozitivnih in negativnih nabojev sistema, ki ga obravnavate.
V primeru premika njihovih "centrov" glede na druge, lahko parametre polja v takem sistemu opišemo kot polje, ki ima dva točkovna naboja, enaka po velikosti in nasprotna po predznaku. Ugotovljeno je, da so razseljeni v odnosu do drugih. PriskrbetiZa natančnejšo karakterizacijo sistema nabojev glede na parametre tega približka bo treba preučiti lastnosti dipola v električnem polju.
Uvod izraza
Vrnimo se k definiciji. Električni dipol je definicija sistema, ki ima dva točkovna naboja. Imajo enako velikost in nasprotne znake. Poleg tega se takšni znaki nahajajo na majhni razdalji glede na druge znake.
Lahko izračunate karakteristiko procesa, ki nastane s pomočjo dipola, in jo predstavljata dva točkovna naboja: +q in −q, ki se nahajata na razdalji a glede na druge.
Zaporedje izračunov
Začnimo z izračunom potenciala in intenzivnosti, ki ju ima dipol na svoji aksialni površini. To je ravna črta, ki poteka med dvema nabojema. Pod pogojem, da se točka A nahaja na razdalji, ki je enaka r glede na osrednji del dipola, in če je r >> a, bo po principu superpozicije za potencial polja na tej točki racionalno uporabite izraz za izračun parametrov električnega dipola.
Velikost vektorja jakosti se izračuna po principu superpozicije. Za izračun jakosti polja se uporablja koncept razmerja potenciala in jakosti polja:
Ex=−Δφ /Δx.
Pod takimi pogoji je smer vektorja intenzivnosti prikazana vzdolžno glede na os dipola. Za izračun njegovega modula je uporabna standardna formula.
Pomembnopojasnila
Upoštevati je treba, da se oslabitev električnega dipolnega polja zgodi hitreje, kot doživi točkovni naboj. Upad potenciala dipolnega polja je obratno sorazmeren s kvadratom razdalje, jakost polja pa obratno sorazmerna s kocko razdalje.
S podobnimi, a bolj okornimi metodami najdemo parametre potenciala in poljske jakosti dipola na poljubnih točkah, katerih pozicijski parametri se določijo z uporabo takšne metode izračuna, kot so polarne koordinate: razdalja do središče električnega dipola (r) in kot (θ).
Izračun z uporabo vektorja napetosti
Koncept vektorja intenzivnosti E je razdeljen na dve točki:
- Radialno (Er), ki je usmerjeno v vzdolžni smeri glede na ravno črto.
- Ta ravna črta povezuje določeno točko in središče dipola s pravokotnico nanjo Eθ.
Ta razgradnja vsake komponente je usmerjena vzdolž poteka spremembe, ki se zgodi z vsemi koordinatami točke, ki jo je treba opazovati. Najdete ga po razmerju, ki povezuje indikatorje jakosti polja s potencialnimi spremembami.
Pri iskanju vektorske komponente pri jakosti polja je pomembno ugotoviti naravo razmerja v potencialnih spremembah, ki nastanejo zaradi premika opazovalne točke v smeri vektorjev.
Izračunaj pravokotno komponento
Ko končateZa ta postopek je pomembno upoštevati, da bo izraz za velikost pri majhnem pravokotnem premiku določen s spremembo kota: Δl=rΔθ. Parametri velikosti za to komponento polja bodo enaki.
Po pridobitvi razmerja je mogoče določiti polje električnega dipola na poljubni točki, da sestavimo sliko s silami tega polja.
Pomembno je upoštevati, da vse formule za določanje potenciala in poljske jakosti dipola delujejo samo na zmnožku vrednosti, ki jih ima en dipolni naboj, in razdalje med njima.
Dipolni moment
Naslov opisanega dela je popoln opis električne vrste lastnosti. Ima ime "dipolni moment sistema".
Po definiciji dipola, ki je sistem točkovnih nabojev, je mogoče ugotoviti, da je zanj značilna prisotnost aksialne simetrije, ko je os ravna črta, ki poteka skozi več nabojev.
Če želite nastaviti celotno karakteristiko dipola, navedite smer orientacije, ki jo ima os. Za enostavnost izračunov je mogoče določiti vektor dipolnega momenta. Vrednost njegove velikosti je enaka velikosti dipolnega momenta, vektor smeri pa se razlikuje glede na sovpadanje le-te in osi dipola. Torej, p=qa, če je a smer vektorja, ki povezuje negativni in pozitivni naboj dipola.
Uporaba takšne značilnosti dipola je priročna in v večini primerov omogoča poenostavitev formule in ji dati oblikovektor. Opis potenciala dipolnega polja v točki poljubne smeri je zapisan v obliki vektorja.
Uvedba konceptov, kot sta vektorska značilnost dipola in njegov dipolni moment, se lahko izvede z uporabo poenostavljenega modela − točkovnega naboja v enotnem polju, ki vključuje sistem nabojev, katerih geometrijske dimenzije ustrezajo ni treba upoštevati, vendar je pomembno poznati dipolni moment. To je predpogoj za izvajanje izračunov.
Kako se obnaša dipol
Obnašanje dipola lahko vidimo na primeru takšne situacije. Položaj dveh točkovnih nabojev ima fiksno razdaljo drug od drugega. Postavljeni so bili v pogoje dipola enotnega električnega polja. Opravil opažanja o procesu. Pri pouku fizike (elektrodinamike) je ta koncept podrobno obravnavan. Od polja do naboja se izvaja delovanje sil:
F=±qE
Po velikosti sta enaka in v nasprotni smeri. Kazalnik skupne sile, ki deluje na dipol, je nič. Ker taka sila vpliva na različne točke, bo skupni trenutek:
M=Fa sin a=qEa sin a=pE sin a
pri čemer je α kot, ki povezuje vektorje jakosti polja in vektorje dipolnega momenta. Zaradi prisotnosti momenta sile se dipolni moment sistema nagiba k vrnitvi v smeri vektorja jakosti električnega polja.
Električni dipol je koncept, ki ga je pomembno jasno razumeti. Več o tem si lahko preberete na internetu. Prav tako lahkoučiti se pri pouku fizike v šoli v 10. razredu, kot smo govorili zgoraj.
