Studējot fiziku 10. klasē, tiek apskatīta dipolu tēma. Ko nozīmē šis jēdziens un kādas formulas tiek izmantotas tā aprēķināšanai?
Ievads
Ja novietojat dipolu vienmērīga elektriskā lauka telpā, varat to attēlot kā spēka līnijas. Dipols ir sistēma, kurā ir divi lādiņi, kuru parametri ir identiski, bet tie ir pretēji punktveida lādiņi. Turklāt attālums starp tiem būs daudz mazāks nekā attālums līdz jebkuram dipola lauka punktam. Dipolmomenta jēdzienu apgūst elektrodinamikas skolas kursā (10. klase).
Dipola ass ir taisna līnija, kas iet cauri abu lādiņu punktiem. Dipola roka ir vektors, kas savieno lādiņu un tajā pašā laikā pāriet no negatīvi lādētām daļiņām uz pozitīvi lādētām daļiņām. Elektrisko dipolu raksturo tāda stāvokļa kā dipola vai elektriskā momenta klātbūtne.
Pēc definīcijas dipola moments ir vektors, kas skaitliski ir vienāds ar dipola lādiņa un tā pleca reizinājumu. Turklāt tas tiek virzīts kopā ar dipola plecu. Ja spēku summa ir vienāda ar nulli, mēs aprēķinām momenta vērtību. Leņķim, kas pastāv starp dipola momentu unelektriskā lauka virziens, raksturīga mehāniska momenta klātbūtne.
Bieži cilvēkiem ir grūti aprēķināt moduli, kas iedarbojas uz dipola struktūru. Šeit ir jāņem vērā leņķa "Alfa" aprēķināšanas īpatnības. Ir zināms, ka dipols novirzās no līdzsvarotā stāvokļa. Taču pašam dipola momentam ir atjaunojošs raksturs, jo tas mēdz būt kustībā.
Aprēķini
Kad šis dipola moments tiek ievietots nehomogēna elektriskā lauka vidē, neizbēgami rodas spēks. Šādā vidē spēku summas rādītāji nebūs nulle. Līdz ar to ir spēki, kas iedarbojas uz dipola momentu ar punktveida raksturu. Dipola pleca izmērs ir daudz mazāks.
Formulu var uzrakstīt šādi: F=q (E2 - E1)=qdE, kur d ir elektriskā lauka diferenciālis.
Meklēt pētāmās fiziskās koncepcijas īpašības
Skatīsimies tēmu tālāk. Lai noteiktu, kāds ir elektriskā lauka raksturlielums, ja tas izveidots, izmantojot lādiņu sistēmu un lokalizēts nelielā telpā, ir jāveic vairāki aprēķini. Kā piemēru var minēt atomi un molekulas, kuru sastāvā ir elektriski lādēti kodoli un elektroni.
Ja ir nepieciešams meklēt lauku attālumā, kas ir lielāks par izmēriem, kas veido apgabalu, kurā atrodas daļiņas, mēs izmantosim vairākas precīzas formulas, kas ir ļoti sarežģītas. Ir iespējams izmantot vienkāršākuaptuvenās izteiksmes. Pieņemsim, ka elektriskā lauka veidošanā piedalās punktveida lādiņu kopas qk. Tie atrodas nelielā telpā.
Lai veiktu lauka raksturojuma aprēķinu, ir atļauts apvienot visus sistēmas lādiņus. Šāda sistēma tiek uzskatīta par punktveida lādiņu Q. Lieluma rādītāji būs to lādiņu summa, kas bija sākotnējā sistēmā.
Izmaksu vieta
Iedomāsimies, ka lādiņa atrašanās vieta ir norādīta jebkurā vietā, kur atrodas maksas sistēma qk. Veicot izmaiņas atrašanās vietā, ja tai ir ierobežojumi, kas izteikti nelielā platībā, šāda ietekme būs niecīga, laukam skata punktā gandrīz nemanāma. Šādās elektriskā lauka stipruma un potenciāla tuvināšanas robežās noteikšanas tiek veiktas, izmantojot tradicionālās formulas.
Kad sistēmas kopējās uzlādes summa ir nulle, norādītā tuvinājuma parametri izskatīsies aptuveni. Tas ļauj secināt, ka elektriskā lauka vienkārši nav. Ja nepieciešams iegūt precīzāku tuvinājumu, garīgi savāciet atsevišķas aplūkojamās sistēmas pozitīvo un negatīvo lādiņu grupas.
To "centru" pārvietošanas gadījumā attiecībā pret citiem lauka parametrus šādā sistēmā var raksturot kā lauku, kuram ir divi punktveida lādiņi, kas ir vienādi pēc lieluma un pretējas zīmes. Tiek atzīmēts, ka viņi ir pārvietoti attiecībā pret citiem. NodrošinātLai precīzāk raksturotu lādiņu sistēmu pēc šīs aproksimācijas parametriem, būs nepieciešams izpētīt dipola īpašības elektriskā laukā.
Termina ievads
Atgriezīsimies pie definīcijas. Elektriskais dipols ir tādas sistēmas definīcija, kurai ir divu punktu lādiņi. Viņiem ir vienāds izmērs un pretējas zīmes. Turklāt šādas zīmes atrodas nelielos attālumos attiecībā pret citām zīmēm.
Var aprēķināt ar dipola palīdzību izveidotā procesa raksturlielumu, un to attēlo divi punktveida lādiņi: +q un −q, un tie atrodas relatīvā attālumā no pārējiem.
Aprēķinu secība
Sāksim, aprēķinot potenciālu un intensitāti, kas dipolam ir uz tā aksiālās virsmas. Šī ir taisna līnija, kas iet starp diviem lādiņiem. Ja punkts A atrodas attālumā, kas ir vienāds ar r attiecībā pret dipola centrālo daļu, un, ja tas ir r >> a, saskaņā ar superpozīcijas principu lauka potenciālam šajā punktā, būs racionāli izmantojiet izteiksmi, lai aprēķinātu elektriskā dipola parametrus.
Spēka vektora lielumu aprēķina pēc superpozīcijas principa. Lai aprēķinātu lauka intensitāti, tiek izmantots potenciāla un lauka intensitātes attiecības jēdziens:
Ex=−Δφ /Δx.
Šādos apstākļos intensitātes vektora virziens tiek norādīts gareniski attiecībā pret dipola asi. Lai aprēķinātu tā moduli, ir piemērojama standarta formula.
Svarīgiprecizējumi
Jāņem vērā, ka elektriskā dipola lauka pavājināšanās notiek ātrāk, nekā tas piedzīvo punktveida lādiņu. Dipola lauka potenciāla samazināšanās ir apgriezti proporcionāla attāluma kvadrātam, un lauka stiprums ir apgriezti proporcionāls attāluma kubam.
Izmantojot līdzīgas, bet apgrūtinošākas metodes, dipola potenciāla un lauka intensitātes parametri tiek atrasti patvaļīgos punktos, kuru pozīcijas parametrus nosaka, izmantojot tādu aprēķina metodi kā polārās koordinātas: attālums līdz elektriskā dipola centrs (r) un leņķis (θ).
Aprēķins, izmantojot spriedzes vektoru
Intensitātes vektora E jēdziens ir sadalīts divos punktos:
- Radiāls (Er), kas ir vērsts garenvirzienā attiecībā pret taisni.
- Šāda taisne savieno norādīto punktu un dipola centru ar tam perpendikulāru Eθ.
Šī katra komponenta sadalīšana tiek virzīta pa izmaiņu gaitu, kas notiek ar visām novērojamā punkta koordinātām. To var atrast pēc attiecības, kas saista lauka intensitātes rādītājus ar iespējamām modifikācijām.
Meklējot vektora komponenti pie lauka intensitātes, ir svarīgi noteikt saistību raksturu potenciālajās izmaiņās, kas rodas novērošanas punkta pārvietošanās dēļ vektoru virzienā.
Aprēķināt perpendikulāro komponentu
Kad izdarītsŠai procedūrai ir svarīgi ņemt vērā, ka lieluma izteiksme pie neliela perpendikulāra nobīdes tiks noteikta, mainot leņķi: Δl=rΔθ. Šīs lauka komponentes lieluma parametri būs vienādi.
Iegūstot attiecību, ir iespējams noteikt elektriskā dipola lauku patvaļīgā punktā, lai izveidotu attēlu ar šī lauka spēka līnijām.
Ir svarīgi ņemt vērā, ka visas dipola potenciāla un lauka intensitātes noteikšanas formulas darbojas tikai ar viena dipola lādiņa vērtību un attāluma starp tiem reizinājumu.
Dipola moments
Aprakstītā darba nosaukums ir pilnīgs elektriskā tipa īpašību apraksts. Tam ir nosaukums "sistēmas dipola moments".
Pēc dipola definīcijas, kas ir punktveida lādiņu sistēma, var noskaidrot, ka to raksturo aksiālās simetrijas klātbūtne, kad ass ir taisna līnija, kas iet cauri vairākiem lādiņiem.
Lai iestatītu pilnu dipola raksturlielumu, norādiet ass orientācijas virzienu. Aprēķinu vienkāršības labad var norādīt dipola momenta vektoru. Tā lieluma vērtība ir vienāda ar dipola momenta lielumu, un virziena vektors atšķiras ar tā un dipola ass sakritību. Tātad, p=qa, ja a ir vektora virziens, kas savieno dipola negatīvos un pozitīvos lādiņus.
Šāda dipola raksturlieluma izmantošana ir ērta un vairumā gadījumu ļauj vienkāršot formulu un piešķirt tai formuvektors. Dipola lauka potenciāla apraksts patvaļīgā virziena punktā ir uzrakstīts vektora formā.
Tādu jēdzienu kā dipolam raksturīgais vektors un tā dipola momenta ieviešanu var veikt, izmantojot vienkāršotu modeli – punktveida lādiņu vienotā laukā, kas ietver lādiņu sistēmu, kuras ģeometriskie izmēri atbilst nav jāņem vērā, bet ir svarīgi zināt dipola momentu. Tas ir priekšnoteikums aprēķinu veikšanai.
Kā uzvedas dipols
Dipola uzvedību var redzēt šādas situācijas piemērā. Divu punktveida lādiņu pozīcijai ir fiksēts attāluma raksturs attiecībā pret otru. Tie tika novietoti vienmērīga elektriskā lauka dipola apstākļos. Veica novērojumus par procesu. Fizikas (elektrodinamikas) stundās šis jēdziens tiek detalizēti apskatīts. No lauka līdz lādiņam tiek veikta spēku darbība:
F=±qE
Tie ir vienādi pēc lieluma un pretēji virzienam. Kopējā spēka indikators, kas iedarbojas uz dipolu, ir nulle. Tā kā šāds spēks iedarbojas uz dažādiem punktiem, kopējais moments būs:
M=Fa sin a=qEa sin a=pE sin a
kur α ir leņķis, kas savieno lauka intensitātes vektorus un dipola momenta vektorus. Spēka momenta klātbūtnes dēļ sistēmas dipola momentam ir tendence atgriezties elektriskā lauka intensitātes vektora virzienos.
Elektriskais dipols ir jēdziens, kas ir svarīgi skaidri saprast. Vairāk par to var lasīt internetā. Arī tā varmācīties fizikas stundās skolā 10. klasē, kā mēs runājām iepriekš.
