Κατά τη μελέτη της φυσικής στη 10η τάξη, λαμβάνεται υπόψη το θέμα των διπόλων. Τι σημαίνει αυτή η έννοια και ποιοι τύποι χρησιμοποιούνται για τον υπολογισμό της;
Εισαγωγή
Αν τοποθετήσετε ένα δίπολο στο χώρο ενός ομοιόμορφου ηλεκτρικού πεδίου, μπορείτε να το αναπαραστήσετε ως γραμμές δύναμης. Ένα δίπολο είναι ένα σύστημα στο οποίο υπάρχουν δύο φορτία που είναι πανομοιότυπα σε παραμέτρους, αλλά είναι αντίθετα σημειακά φορτία. Επιπλέον, η απόσταση μεταξύ τους θα είναι πολύ μικρότερη από την απόσταση από οποιοδήποτε σημείο του διπολικού πεδίου. Η έννοια της διπολικής ροπής μελετάται στο σχολικό μάθημα της ηλεκτροδυναμικής (10η τάξη).
Ο άξονας του διπόλου είναι μια ευθεία γραμμή που διέρχεται από τα σημεία και των δύο φορτίων. Ένας διπολικός βραχίονας είναι ένα διάνυσμα που συνδέει ένα φορτίο και ταυτόχρονα μεταβαίνει από αρνητικά φορτισμένα σωματίδια σε θετικά φορτισμένα σωματίδια. Ένα ηλεκτρικό δίπολο χαρακτηρίζεται από την παρουσία μιας τέτοιας κατάστασης όπως ένα δίπολο ή ηλεκτρική ροπή.
Εξ ορισμού, διπολική ροπή είναι ένα διάνυσμα που είναι αριθμητικά ίσο με το γινόμενο του διπολικού φορτίου και του βραχίονα του. Επιπλέον, συνσκηνοθετείται με τον ώμο του διπόλου. Σε μηδενική ισότητα του αθροίσματος των δυνάμεων, υπολογίζουμε την τιμή της ροπής. Για τη γωνία που υπάρχει μεταξύ της διπολικής ροπής καικατευθυντικότητα του ηλεκτρικού πεδίου, η παρουσία μηχανικής ροπής είναι χαρακτηριστική.
Συχνά οι άνθρωποι δυσκολεύονται να υπολογίσουν το μέτρο που ενεργεί στη δομή του διπόλου. Εδώ είναι απαραίτητο να ληφθούν υπόψη οι ιδιαιτερότητες του υπολογισμού της γωνίας "Άλφα". Είναι γνωστό ότι το δίπολο αποκλίνει από την ισορροπημένη θέση. Αλλά η ίδια η διπολική στιγμή έχει χαρακτήρα επαναφοράς, καθώς τείνει να βρίσκεται σε κίνηση.
Υπολογισμοί
Όταν αυτή η διπολική ροπή τοποθετηθεί στο μέσο ενός ανομοιογενούς ηλεκτρικού πεδίου, αναπόφευκτα προκύπτει μια δύναμη. Σε ένα τέτοιο περιβάλλον, οι δείκτες του αθροίσματος των δυνάμεων δεν θα είναι μηδέν. Κατά συνέπεια, υπάρχουν δυνάμεις που δρουν στη διπολική ροπή με σημειακό χαρακτήρα. Το μέγεθος του διπολικού βραχίονα είναι πολύ μικρότερο.
Ο τύπος μπορεί να γραφτεί ως εξής: F=q (E2 - E1)=qdE, όπου d είναι η διαφορά ηλεκτρικού πεδίου.
Αναζήτηση για τα χαρακτηριστικά της φυσικής έννοιας υπό μελέτη
Ας δούμε το θέμα περαιτέρω. Προκειμένου να προσδιοριστεί ποιο είναι το χαρακτηριστικό του ηλεκτρικού πεδίου, εάν δημιουργείται χρησιμοποιώντας ένα σύστημα φορτίων και εντοπίζεται σε μικρό χώρο, είναι απαραίτητο να γίνει ένας αριθμός υπολογισμών. Ένα παράδειγμα παρουσιάζεται από άτομα και μόρια, τα οποία στη σύνθεσή τους έχουν ηλεκτρικά φορτισμένους πυρήνες και ηλεκτρόνια.
Εάν είναι απαραίτητο να αναζητήσουμε ένα πεδίο σε απόσταση μεγαλύτερη από τις διαστάσεις που αποτελούν την περιοχή όπου βρίσκονται τα σωματίδια, θα χρησιμοποιήσουμε έναν αριθμό ακριβών τύπων που είναι εξαιρετικά πολύπλοκοι. Είναι δυνατή η χρήση απλούστερωνκατά προσέγγιση εκφράσεις. Ας υποθέσουμε ότι σημειακά σύνολα φορτίων qk συμμετέχουν στη δημιουργία του ηλεκτρικού πεδίου. Βρίσκονται σε μικρό χώρο.
Για να γίνει ο υπολογισμός του χαρακτηριστικού που έχει το πεδίο, επιτρέπεται ο συνδυασμός όλων των χρεώσεων του συστήματος. Ένα τέτοιο σύστημα θεωρείται ως σημειακή φόρτιση Q. Οι δείκτες μεγέθους θα είναι το άθροισμα των χρεώσεων που υπήρχαν στο αρχικό σύστημα.
Τοποθεσία χρεώσεων
Ας φανταστούμε ότι η θέση της χρέωσης υποδεικνύεται σε οποιοδήποτε μέρος όπου βρίσκεται το σύστημα χρεώσεων qk. Όταν κάνετε αλλαγές στην τοποθεσία, εάν έχει όρια που εκφράζονται σε μια μικρή περιοχή, μια τέτοια επιρροή θα είναι αμελητέα, σχεδόν ανεπαίσθητη στο πεδίο από την οπτική γωνία. Μέσα σε τέτοια όρια προσέγγισης της ισχύος και του δυναμικού που έχει το ηλεκτρικό πεδίο, οι προσδιορισμοί γίνονται χρησιμοποιώντας παραδοσιακούς τύπους.
Όταν το άθροισμα της συνολικής φόρτισης του συστήματος είναι μηδέν, οι παράμετροι της υποδεικνυόμενης προσέγγισης θα φαίνονται πρόχειρες. Αυτό δίνει λόγο να συμπεράνουμε ότι το ηλεκτρικό πεδίο απλώς απουσιάζει. Εάν είναι απαραίτητο να αποκτήσετε μια πιο ακριβή προσέγγιση, συλλέξτε νοερά ξεχωριστές ομάδες θετικών και αρνητικών φορτίων του συστήματος που εξετάζετε.
Στην περίπτωση μετατόπισης των «κέντρων» τους σε σχέση με άλλα, οι παράμετροι πεδίου σε ένα τέτοιο σύστημα μπορούν να περιγραφούν ως ένα πεδίο που έχει δύο σημειακά φορτία, ίσα σε μέγεθος και αντίθετα σε πρόσημο. Σημειώνεται ότι εκτοπίζονται σε σχέση με άλλους. Για την παροχήΓια ακριβέστερο χαρακτηρισμό του συστήματος φορτίων ως προς τις παραμέτρους αυτής της προσέγγισης, θα χρειαστεί να μελετηθούν οι ιδιότητες ενός διπόλου σε ένα ηλεκτρικό πεδίο.
Εισαγωγή του όρου
Ας επιστρέψουμε στον ορισμό. Ηλεκτρικό δίπολο είναι ο ορισμός ενός συστήματος που έχει δύο σημειακά φορτία. Έχουν το ίδιο μέγεθος και αντίθετα σημάδια. Επιπλέον, τέτοια σημάδια βρίσκονται σε μικρές αποστάσεις σε σχέση με άλλα ζώδια.
Μπορείτε να υπολογίσετε το χαρακτηριστικό της διαδικασίας που δημιουργείται μέσω ενός διπόλου και αντιπροσωπεύεται από δύο σημειακά φορτία: +q και −q, και βρίσκονται σε απόσταση σε σχέση με τα άλλα.
Ακολουθία υπολογισμών
Ας ξεκινήσουμε υπολογίζοντας το δυναμικό και την ένταση που έχει το δίπολο στην αξονική του επιφάνεια. Αυτή είναι μια ευθεία γραμμή που εκτείνεται μεταξύ δύο φορτίσεων. Υπό την προϋπόθεση ότι το σημείο Α βρίσκεται σε απόσταση ίση με r σε σχέση με το κεντρικό τμήμα του διπόλου, και εάν είναι r >> a, σύμφωνα με την αρχή της υπέρθεσης για το δυναμικό πεδίου σε αυτό το σημείο, θα είναι λογικό να χρησιμοποιήστε την έκφραση για να υπολογίσετε τις παραμέτρους του ηλεκτρικού διπόλου.
Το μέγεθος του διανύσματος ισχύος υπολογίζεται με την αρχή της υπέρθεσης. Για τον υπολογισμό της έντασης πεδίου, χρησιμοποιείται η έννοια του λόγου δυναμικού και έντασης πεδίου:
Ex=−Δφ /Δx.
Κάτω από τέτοιες συνθήκες, η κατεύθυνση του διανύσματος έντασης υποδεικνύεται κατά μήκος σε σχέση με τον άξονα του διπόλου. Για τον υπολογισμό του συντελεστή του, ισχύει ο τυπικός τύπος.
Σημαντικόδιευκρινίσεις
Πρέπει να ληφθεί υπόψη ότι η εξασθένηση του ηλεκτρικού διπολικού πεδίου συμβαίνει ταχύτερα από ό,τι υφίσταται σημειακή φόρτιση. Η διάσπαση του δυναμικού πεδίου του διπόλου είναι αντιστρόφως ανάλογη με το τετράγωνο της απόστασης και η ένταση του πεδίου είναι αντιστρόφως ανάλογη με τον κύβο της απόστασης.
Χρησιμοποιώντας παρόμοιες, αλλά πιο επίπονες μεθόδους, οι παράμετροι του δυναμικού και της έντασης πεδίου του διπόλου βρίσκονται σε αυθαίρετα σημεία, οι παράμετροι θέσης των οποίων καθορίζονται χρησιμοποιώντας μια τέτοια μέθοδο υπολογισμού όπως οι πολικές συντεταγμένες: η απόσταση από το κέντρο του ηλεκτρικού διπόλου (r) και της γωνίας (θ).
Υπολογισμός με χρήση διανύσματος τάσης
Η έννοια του διανύσματος έντασης Ε χωρίζεται σε δύο σημεία:
- Ακτινική (Er), η οποία κατευθύνεται στη διαμήκη διεύθυνση σε σχέση με την ευθεία γραμμή.
- Μια τέτοια ευθεία γραμμή συνδέει το καθορισμένο σημείο και το κέντρο του διπόλου με την κάθετη σε αυτό Eθ.
Αυτή η αποσύνθεση κάθε συστατικού κατευθύνεται κατά μήκος της πορείας της αλλαγής που συμβαίνει με όλες τις συντεταγμένες του σημείου που πρέπει να παρατηρηθεί. Μπορείτε να το βρείτε με βάση την αναλογία που συσχετίζει τους δείκτες ισχύος πεδίου με πιθανές τροποποιήσεις.
Βρίσκοντας τη διανυσματική συνιστώσα στην ένταση του πεδίου, είναι σημαντικό να καθοριστεί η φύση της σχέσης στις πιθανές αλλαγές που συμβαίνουν λόγω της μετατόπισης του σημείου παρατήρησης προς την κατεύθυνση των διανυσμάτων.
Υπολογισμός της κάθετης συνιστώσας
Όταν τελειώσετεΓια αυτή τη διαδικασία, είναι σημαντικό να ληφθεί υπόψη ότι η έκφραση για το μέγεθος σε μια μικρή κάθετη μετατόπιση θα προσδιοριστεί αλλάζοντας τη γωνία: Δl=rΔθ. Οι παράμετροι μεγέθους για αυτήν τη συνιστώσα πεδίου θα είναι ίσες.
Έχοντας πάρει την αναλογία, είναι δυνατό να προσδιοριστεί το πεδίο του ηλεκτρικού διπόλου σε ένα αυθαίρετο σημείο για να δημιουργηθεί μια εικόνα με τις γραμμές δύναμης αυτού του πεδίου.
Είναι σημαντικό να ληφθεί υπόψη ότι όλοι οι τύποι για τον προσδιορισμό του δυναμικού και της έντασης πεδίου ενός διπόλου λειτουργούν μόνο με βάση το γινόμενο των τιμών που έχει ένα διπολικό φορτίο και την απόσταση μεταξύ τους.
Διπολική στιγμή
Ο τίτλος της περιγραφόμενης εργασίας είναι μια πλήρης περιγραφή του ηλεκτρικού τύπου ιδιοτήτων. Έχει το όνομα "διπολική ροπή του συστήματος".
Με τον ορισμό ενός διπόλου, που είναι ένα σύστημα σημειακών φορτίων, μπορεί να διαπιστωθεί ότι χαρακτηρίζεται από την παρουσία αξονικής συμμετρίας, όταν ο άξονας είναι μια ευθεία γραμμή που διέρχεται από πολλά φορτία.
Για να ορίσετε το πλήρες χαρακτηριστικό του διπόλου, υποδείξτε την κατεύθυνση προσανατολισμού που έχει ο άξονας. Για απλότητα των υπολογισμών, μπορεί να καθοριστεί το διάνυσμα διπολικής ροπής. Η τιμή του μεγέθους του είναι ίση με το μέγεθος της διπολικής ροπής και το διάνυσμα κατεύθυνσης διαφέρει από τη σύμπτωση αυτού και του άξονα του διπόλου. Άρα, p=qa αν a είναι η κατεύθυνση του διανύσματος που συνδέει τα αρνητικά και τα θετικά φορτία του διπόλου.
Η χρήση ενός τέτοιου χαρακτηριστικού του διπόλου είναι βολική και καθιστά δυνατή στις περισσότερες περιπτώσεις την απλοποίηση της φόρμουλας και την απόδοση της μορφήςδιάνυσμα. Η περιγραφή του δυναμικού του διπολικού πεδίου σε ένα σημείο αυθαίρετης κατεύθυνσης γράφεται με τη μορφή διανύσματος.
Η εισαγωγή εννοιών όπως το διανυσματικό χαρακτηριστικό ενός διπόλου και η διπολική ροπή του μπορεί να πραγματοποιηθεί χρησιμοποιώντας ένα απλοποιημένο μοντέλο - ένα σημειακό φορτίο σε ένα ομοιόμορφο πεδίο, το οποίο περιλαμβάνει ένα σύστημα φορτίων, οι γεωμετρικές διαστάσεις του οποίου κάνουν δεν πρέπει να λαμβάνεται υπόψη, αλλά είναι σημαντικό να γνωρίζετε τη διπολική στιγμή. Αυτό αποτελεί προϋπόθεση για την εκτέλεση υπολογισμών.
Πώς συμπεριφέρεται ένα δίπολο
Η συμπεριφορά ενός διπόλου μπορεί να φανεί στο παράδειγμα μιας τέτοιας κατάστασης. Η θέση των δύο σημειακών φορτίων έχει σταθερό χαρακτήρα απόστασης μεταξύ τους. Τοποθετήθηκαν στις συνθήκες ενός διπόλου ομοιόμορφου ηλεκτρικού πεδίου. Έκανε παρατηρήσεις για τη διαδικασία. Στα μαθήματα της φυσικής (ηλεκτροδυναμική), αυτή η έννοια εξετάζεται λεπτομερώς. Από το πεδίο μέχρι το φορτίο, εκτελείται η δράση των δυνάμεων:
F=±qE
Είναι ίσα σε μέγεθος και αντίθετα στην κατεύθυνση. Ο δείκτης της συνολικής δύναμης που ασκεί το δίπολο είναι μηδέν. Εφόσον μια τέτοια δύναμη έχει επίδραση σε διάφορα σημεία, η συνολική ροπή θα είναι:
M=Fa sin a=qEa sin a=pE sin a
με το α να είναι η γωνία που συνδέει τα διανύσματα έντασης πεδίου και τα διανύσματα διπολικής ροπής. Λόγω της παρουσίας ροπής δύναμης, η διπολική ροπή του συστήματος τείνει να επιστρέψει στις κατευθύνσεις του διανύσματος έντασης ηλεκτρικού πεδίου.
Το ηλεκτρικό δίπολο είναι μια έννοια που είναι σημαντικό να κατανοηθεί με σαφήνεια. Μπορείτε να διαβάσετε περισσότερα για αυτό στο Διαδίκτυο. Επίσης μπορείνα σπουδάσω σε μαθήματα φυσικής στο σχολείο στη 10η τάξη, όπως είπαμε παραπάνω.
