Når du studerer fysik i 10. klasse, overvejes emnet dipoler. Hvad betyder dette begreb, og hvilke formler bruges til at beregne det?
Introduktion
Hvis du placerer en dipol i rummet af et ensartet elektrisk felt, kan du repræsentere den som kraftlinjer. En dipol er et system, hvor der er to ladninger, der er identiske i parametre, men de er modsatte punktladninger. Desuden vil afstanden mellem dem være meget mindre end afstanden til ethvert punkt i dipolfeltet. Begrebet dipolmoment studeres i skoleforløbet i elektrodynamik (10. klasse).
Dipolens akse er en ret linje, der går gennem punkterne for begge ladninger. En dipolarm er en vektor, der forbinder en ladning og samtidig går fra negativt ladede partikler til positivt ladede partikler. En elektrisk dipol er karakteriseret ved tilstedeværelsen af en sådan tilstand som en dipol eller elektrisk moment.
Pr definition er et dipolmoment en vektor, der numerisk er lig med produktet af dipolladningen og dens arm. Desuden er det co-rettet med skulderen af dipolen. Ved nul lighed af summen af kræfter beregner vi værdien af momentet. For den vinkel der er mellem dipolmomentet ogretningsbestemt af det elektriske felt, er tilstedeværelsen af et mekanisk moment karakteristisk.
Ofte har folk svært ved at beregne det modul, der virker på dipolstrukturen. Her er det nødvendigt at tage højde for særegenhederne ved at beregne vinklen "Alpha". Det er kendt, at dipolen afviger fra den balancerede position. Men selve dipolmomentet har en genoprettende karakter, da det har en tendens til at være i bevægelse.
Beregninger
Når dette dipolmoment placeres i mediet af et inhomogent elektrisk felt, opstår der uundgåeligt en kraft. I et sådant miljø vil indikatorerne for summen af kræfter ikke være nul. Som følge heraf er der kræfter, der virker på dipolmomentet med en punktkarakter. Størrelsen på dipolarmen er meget mindre.
Formlen kan skrives således: F=q (E2 - E1)=qdE, hvor d er differensen for det elektriske felt.
Søg efter egenskaberne ved det fysiske koncept under undersøgelse
Lad os se nærmere på emnet. For at bestemme, hvad der er karakteristisk for det elektriske felt, hvis det er skabt ved hjælp af et system af ladninger og lokaliseret i et lille rum, er det nødvendigt at foretage en række beregninger. Et eksempel er atomer og molekyler, som i deres sammensætning har elektrisk ladede kerner og elektroner.
Hvis det er nødvendigt at søge efter et felt i en afstand, der er større end de dimensioner, der udgør det område, hvor partiklerne er placeret, vil vi bruge en række nøjagtige formler, der er meget komplekse. Det er muligt at bruge enklereomtrentlige udtryk. Lad os antage, at punktsæt af ladninger qk deltager i skabelsen af det elektriske felt. De er placeret i et lille rum.
For at udføre beregningen af den karakteristik, som feltet har, er det tilladt at kombinere alle systemets ladninger. Et sådant system betragtes som en punktladning Q. Størrelsesindikatorerne vil være summen af de ladninger, der var i det oprindelige system.
Placering af debiteringer
Lad os forestille os, at placeringen af afgiften er angivet et hvilket som helst sted, hvor afgiftssystemet qk er placeret. Når du foretager ændringer af placeringen, hvis den har grænser udtrykt i et lille område, vil en sådan påvirkning være ubetydelig, næsten umærkelig for feltet i synspunktet. Inden for sådanne grænser for tilnærmelse af styrke og potentiale, som det elektriske felt har, foretages bestemmelser ved hjælp af traditionelle formler.
Når summen af systemets samlede ladning er nul, vil parametrene for den angivne tilnærmelse se grove ud. Dette giver anledning til at konkludere, at det elektriske felt simpelthen er fraværende. Hvis det er nødvendigt at opnå en mere nøjagtig tilnærmelse, skal du ment alt indsamle separate grupper af positive og negative ladninger af det system, der overvejes.
I tilfælde af forskydning af deres "centre" i forhold til andre, kan feltparametrene i et sådant system beskrives som et felt, der har to punktladninger, lige store og modsatte i fortegn. Det bemærkes, at de er fortrængt i forhold til andre. At forsyneFor en mere nøjagtig karakterisering af ladningssystemet med hensyn til parametrene for denne tilnærmelse vil det være nødvendigt at studere egenskaberne af en dipol i et elektrisk felt.
Introduktion af udtrykket
Lad os vende tilbage til definitionen. En elektrisk dipol er definitionen af et system, der har to punktladninger. De har samme størrelse og modsatte tegn. Desuden er sådanne skilte placeret i små afstande i forhold til andre skilte.
Du kan beregne karakteristikken for processen, der skabes ved hjælp af en dipol, og den er repræsenteret ved to punktladninger: +q og −q, og de er placeret i en afstand a i forhold til de andre.
Beregningssekvens
Lad os starte med at beregne potentialet og intensiteten, som dipolen har på sin aksiale overflade. Dette er en lige linje, der løber mellem to ladninger. Forudsat at punkt A er placeret i en afstand, der er lig med r i forhold til den centrale del af dipolen, og hvis det er r >> a, vil det ifølge princippet om superposition for feltpotentialet på dette punkt være rationelt ift. brug udtrykket til at beregne parametrene for den elektriske dipol.
Størrelsen af styrkevektoren beregnes efter superpositionsprincippet. For at beregne feltstyrken bruges konceptet med forholdet mellem potentiale og feltstyrke:
Ex=−Δφ /Δx.
Under sådanne forhold er retningen af intensitetsvektoren angivet på langs i forhold til dipolaksen. For at beregne dets modul er standardformlen anvendelig.
Vigtigtpræciseringer
Det skal tages i betragtning, at svækkelsen af det elektriske dipolfelt sker hurtigere, end det oplever en punktladning. Henfaldet af dipolfeltpotentialet er omvendt proportional med kvadratet på afstanden, og feltstyrken er omvendt proportional med afstandens terning.
Ved brug af lignende, men mere besværlige metoder, findes parametrene for dipolens potentiale og feltstyrke på vilkårlige punkter, hvis positionsparametre bestemmes ved hjælp af en sådan beregningsmetode som polære koordinater: afstanden til midten af den elektriske dipol (r) og vinklen (θ).
Beregning ved hjælp af spændingsvektor
Begrebet intensitetsvektoren E er opdelt i to punkter:
- Radial (Er), som er rettet i længderetningen i forhold til den lige linje.
- En sådan lige linje forbinder det specificerede punkt og dipolens centrum med vinkelret på den Eθ.
Denne nedbrydning af hver komponent er rettet langs det ændringsforløb, der sker med alle koordinater for det punkt, der skal observeres. Du kan finde det ved forholdet, der relaterer feltstyrkeindikatorer til potentielle ændringer.
Ved at finde vektorkomponenten ved feltstyrken er det vigtigt at fastslå karakteren af sammenhængen i de potentielle ændringer, der opstår på grund af forskydningen af observationspunktet i vektorernes retning.
Beregn den vinkelrette komponent
Når du er færdigTil denne procedure er det vigtigt at tage højde for, at udtrykket for størrelsen ved en lille vinkelret forskydning vil blive bestemt ved at ændre vinklen: Δl=rΔθ. Størrelsesparametrene for denne feltkomponent vil være ens.
Når man har opnået forholdet, er det muligt at bestemme feltet af den elektriske dipol på et vilkårligt punkt for at bygge et billede med kraftlinjerne for dette felt.
Det er vigtigt at overveje, at alle formler til bestemmelse af potentialet og feltstyrken af en dipol kun virker på produktet af de værdier, som en dipolladning har, og afstanden mellem dem.
Dipolmoment
Titlen på det beskrevne værk er en fuldstændig beskrivelse af den elektriske type egenskaber. Den har navnet "systemets dipolmoment".
Ved definition af en dipol, som er et system af punktladninger, kan man finde ud af, at den er karakteriseret ved tilstedeværelsen af aksial symmetri, når aksen er en ret linje, der går gennem flere ladninger.
For at indstille dipolens fulde karakteristik skal du angive den orienteringsretning, som aksen har. For at lette beregningerne kan dipolmomentvektoren specificeres. Værdien af dens størrelse er lig med størrelsen af dipolmomentet, og retningsvektoren adskiller sig ved sammenfaldet af den og dipolens akse. Så p=qa, hvis a er retningen af vektoren, der forbinder de negative og positive ladninger af dipolen.
Brugen af en sådan karakteristik af dipolen er bekvem og gør det i de fleste tilfælde muligt at forenkle formlen og give den formenvektor. Beskrivelsen af potentialet for dipolfeltet i et punkt i en vilkårlig retning er skrevet i form af en vektor.
Introduktionen af sådanne begreber som vektorkarakteristikken for en dipol og dens dipolmoment kan udføres ved hjælp af en forenklet model − en punktladning i et ensartet felt, som omfatter et system af ladninger, hvis geometriske dimensioner gør skal ikke tages i betragtning, men det er vigtigt at kende dipolmomentet. Dette er en forudsætning for at udføre beregninger.
Hvordan en dipol opfører sig
En dipols opførsel kan ses på eksemplet med en sådan situation. Positionen af to punktladninger har en fast karakter af afstand i forhold til hinanden. De blev placeret under betingelserne for en dipol af et ensartet elektrisk felt. Gjorde observationer om processen. I lektionerne i fysik (elektrodynamik) overvejes dette koncept i detaljer. Fra marken til ladningen udføres kræfternes handling:
F=±qE
De er lige store og modsatte i retning. Indikatoren for den samlede kraft, der virker på dipolen, er nul. Da en sådan kraft har en effekt på forskellige punkter, vil det samlede moment være:
M=Fa sin a=qEa sin a=pE sin a
hvor α er den vinkel, der forbinder feltstyrkevektorerne og dipolmomentvektorerne. På grund af tilstedeværelsen af et kraftmoment har systemets dipolmoment en tendens til at vende tilbage til retningerne af den elektriske feltstyrkevektor.
Elektrisk dipol er et begreb, som er vigtigt at forstå klart. Du kan læse mere om det på internettet. Det kan den ogsåat studere i fysiktimer på skolen i 10. klasse, som vi t alte om ovenfor.
