Při studiu fyziky v 10. ročníku se uvažuje o tématu dipólů. Co tento pojem znamená a jaké vzorce se používají k jeho výpočtu?
Úvod
Pokud umístíte dipól do prostoru jednotného elektrického pole, můžete jej znázornit jako siločáry. Dipól je systém, ve kterém jsou dva náboje, které jsou parametry identické, ale jsou to opačné bodové náboje. Navíc vzdálenost mezi nimi bude mnohem menší než vzdálenost k jakémukoli bodu dipólového pole. Koncept dipólového momentu je studován ve školním kurzu elektrodynamiky (10. ročník).
Osa dipólu je přímka, která prochází body obou nábojů. Dipólové rameno je vektor, který spojuje náboj a zároveň přechází od záporně nabitých částic ke kladně nabitým částicím. Elektrický dipól je charakterizován přítomností takového stavu, jako je dipól nebo elektrický moment.
Podle definice je dipólový moment vektor, který je číselně roven součinu dipólového náboje a jeho ramene. Navíc je ve společném směru s ramenem dipólu. Při nulové rovnosti součtu sil vypočítáme hodnotu momentu. Pro úhel, který existuje mezi dipólovým momentem asměrovost elektrického pole je charakteristická přítomnost mechanického momentu.
Pro lidi je často obtížné vypočítat modul působící na dipólovou strukturu. Zde je třeba vzít v úvahu zvláštnosti výpočtu úhlu "Alfa". Je známo, že se dipól vychyluje z vyvážené polohy. Ale samotný dipólový moment má obnovující charakter, protože má tendenci být v pohybu.
Výpočty
Když je tento dipólový moment umístěn do prostředí nehomogenního elektrického pole, nevyhnutelně vzniká síla. V takovém prostředí nebudou ukazatele součtu sil nulové. V důsledku toho na dipólový moment působí síly bodového charakteru. Velikost ramene dipólu je mnohem menší.
Vzorec lze napsat takto: F=q (E2 - E1)=qdE, kde d je diferenciál elektrického pole.
Hledejte charakteristiky studovaného fyzikálního konceptu
Podívejme se na toto téma dále. Aby bylo možné určit, jaká je charakteristika elektrického pole, pokud je vytvořeno pomocí systému nábojů a lokalizováno na malém prostoru, je nutné provést řadu výpočtů. Příkladem jsou atomy a molekuly, které mají ve svém složení elektricky nabitá jádra a elektrony.
Pokud je nutné hledat pole ve vzdálenosti větší, než jsou rozměry, které tvoří oblast, kde se částice nacházejí, použijeme řadu přesných vzorců, které jsou vysoce komplexní. Je možné použít jednoduššípřibližné výrazy. Předpokládejme, že na tvorbě elektrického pole se podílejí bodové sady nábojů qk. Jsou umístěny na malém prostoru.
Pro provedení výpočtu charakteristiky, kterou má pole, je povoleno kombinovat všechny poplatky systému. Takový systém je považován za bodový náboj Q. Indikátory velikosti budou součtem nábojů, které byly v původním systému.
Umístění poplatků
Představme si, že umístění náboje je uvedeno na jakémkoli místě, kde se nachází systém poplatků qk. Při změnách umístění, pokud má limity vyjádřené na malé ploše, bude takový vliv zanedbatelný, pro pole z pohledu téměř nepostřehnutelný. V rámci těchto limitů aproximace síly a potenciálu, které má elektrické pole, se stanovení provádějí pomocí tradičních vzorců.
Když je součet celkového nabití systému nulový, parametry uvedené aproximace budou vypadat hrubě. To dává důvod k závěru, že elektrické pole prostě chybí. Pokud je nutné získat přesnější aproximaci, v duchu shromážděte oddělené skupiny kladných a záporných nábojů systému, který je uvažován.
V případě posunutí jejich „středů“vzhledem k ostatním, lze parametry pole v takovém systému popsat jako pole, které má dva bodové náboje, stejné velikosti a opačného znaménka. Je třeba poznamenat, že jsou přemístěni ve vztahu k ostatním. PoskytnoutPro přesnější charakterizaci systému nábojů z hlediska parametrů této aproximace bude nutné prostudovat vlastnosti dipólu v elektrickém poli.
Úvod pojmu
Vraťme se k definici. Elektrický dipól je definice systému, který má dva bodové náboje. Mají stejnou velikost a opačné znaky. Navíc jsou takové značky umístěny v malých vzdálenostech od jiných značek.
Můžete vypočítat charakteristiku procesu, který je vytvořen pomocí dipólu a je reprezentován dvěma bodovými náboji: +q a −q, které jsou umístěny ve vzdálenosti vzhledem k ostatním.
Posloupnost výpočtů
Začněme výpočtem potenciálu a intenzity, kterou má dipól na svém axiálním povrchu. Toto je přímka, která vede mezi dvěma náboji. Za předpokladu, že bod A je umístěn ve vzdálenosti, která se rovná r vzhledem k centrální části dipólu, a pokud je r >> a, podle principu superpozice pro potenciál pole v tomto bodě, bude racionální použijte výraz k výpočtu parametrů elektrického dipólu.
Velikost vektoru síly se vypočítá na principu superpozice. Pro výpočet intenzity pole se používá koncept poměru potenciálu a intenzity pole:
Ex=−Δφ /Δx.
Za takových podmínek je směr vektoru intenzity indikován podélně vzhledem k ose dipólu. Pro výpočet jeho modulu je použitelný standardní vzorec.
Důležitévysvětlení
Je třeba vzít v úvahu, že k zeslabení elektrického dipólového pole dochází rychleji než k bodovému náboji. Pokles potenciálu dipólového pole je nepřímo úměrný druhé mocnině vzdálenosti a intenzita pole je nepřímo úměrná třetí mocnině vzdálenosti.
Pomocí podobných, ale těžkopádnějších metod se parametry potenciálu a intenzity pole dipólu zjišťují v libovolných bodech, jejichž parametry polohy se určují pomocí takové metody výpočtu, jako jsou polární souřadnice: vzdálenost k střed elektrického dipólu (r) a úhel (θ).
Výpočet pomocí vektoru napětí
Koncept vektoru intenzity E je rozdělen do dvou bodů:
- Radiální (Er), která směřuje v podélném směru vzhledem k přímce.
- Taková přímka spojuje určený bod a střed dipólu s kolmicí k němu Eθ.
Tento rozklad každé složky je řízen podél průběhu změny, ke které dochází se všemi souřadnicemi bodu, který má být pozorován. Můžete to najít podle poměru, který spojuje indikátory intenzity pole s potenciálními modifikacemi.
Při hledání složky vektoru na intenzitě pole je důležité stanovit povahu vztahu v potenciálních změnách, ke kterým dochází v důsledku posunutí pozorovacího bodu ve směru vektorů.
Vypočítejte kolmou složku
Až bude hotovoPro tento postup je důležité vzít v úvahu, že výraz pro velikost při malém kolmém posunutí bude určen změnou úhlu: Δl=rΔθ. Parametry velikosti pro tuto složku pole budou stejné.
Po získání poměru je možné určit pole elektrického dipólu v libovolném bodě a vytvořit obrázek se siločarami tohoto pole.
Je důležité vzít v úvahu, že všechny vzorce pro určení potenciálu a intenzity pole dipólu fungují pouze na součinu hodnot, které má jeden dipólový náboj, a vzdálenosti mezi nimi.
Dipólový moment
Název popsané práce je úplný popis elektrického typu vlastností. Má název "dipólový moment systému".
Podle definice dipólu, což je systém bodových nábojů, lze zjistit, že je charakterizován přítomností osové symetrie, kdy osa je přímka, která prochází několika náboji.
Chcete-li nastavit úplnou charakteristiku dipólu, označte směr orientace, který má osa. Pro jednoduchost výpočtů lze specifikovat vektor dipólového momentu. Hodnota jeho velikosti je rovna velikosti dipólového momentu a směrový vektor se liší jeho shodou a osou dipólu. Takže p=qa, pokud a je směr vektoru, který spojuje záporný a kladný náboj dipólu.
Použití takové charakteristiky dipólu je pohodlné a umožňuje ve většině případů zjednodušit vzorec a dát mu tvarvektor. Popis potenciálu dipólového pole v bodě libovolného směru je zapsán ve formě vektoru.
Zavedení takových pojmů, jako je vektorová charakteristika dipólu a jeho dipólový moment, lze provést pomocí zjednodušeného modelu − bodového náboje v jednotném poli, který zahrnuje soustavu nábojů, jejichž geometrické rozměry ano nemusí se brát v úvahu, ale je důležité znát dipólový moment. Toto je nezbytný předpoklad pro provádění výpočtů.
Jak se chová dipól
Chování dipólu lze vidět na příkladu takové situace. Poloha dvou bodových nábojů má pevný charakter vzájemné vzdálenosti. Byly umístěny v podmínkách dipólu rovnoměrného elektrického pole. Provedl pozorování procesu. V hodinách fyziky (elektrodynamiky) je tento koncept podrobně zvažován. Z pole do nálože se provádí působení sil:
F=±qE
Jsou stejné velikosti a opačného směru. Indikátor celkové síly, která působí na dipól, je nulový. Protože taková síla působí na různé body, celkový moment bude:
M=Fa sin a=qEa sin a=pE sin a
kde α je úhel spojující vektory intenzity pole a vektory dipólového momentu. V důsledku přítomnosti silového momentu má dipólový moment systému tendenci vracet se do směrů vektoru síly elektrického pole.
Elektrický dipól je koncept, kterému je důležité jasně porozumět. Více si o tom můžete přečíst na internetu. Také můžestudovat v hodinách fyziky ve škole v 10. třídě, jak jsme o tom mluvili výše.
