Bij het studeren van natuurkunde in klas 10, wordt het onderwerp dipolen overwogen. Wat betekent dit concept en welke formules worden gebruikt om het te berekenen?
Inleiding
Als je een dipool in de ruimte van een uniform elektrisch veld plaatst, kun je deze weergeven als krachtlijnen. Een dipool is een systeem waarin er twee ladingen zijn die identiek zijn in parameters, maar het zijn tegengestelde puntladingen. Bovendien zal de afstand tussen hen veel kleiner zijn dan de afstand tot een willekeurig punt van het dipoolveld. Het concept van het dipoolmoment wordt bestudeerd in de schoolcursus elektrodynamica (graad 10).
De as van de dipool is een rechte lijn die door de punten van beide ladingen gaat. Een dipoolarm is een vector die een lading verbindt en tegelijkertijd van negatief geladen deeltjes naar positief geladen deeltjes gaat. Een elektrische dipool wordt gekenmerkt door de aanwezigheid van een toestand als een dipool of elektrisch moment.
Per definitie is een dipoolmoment een vector die numeriek gelijk is aan het product van de dipoollading en zijn arm. Bovendien is het mede gericht met de schouder van de dipool. Bij nul gelijkheid van de som van krachten berekenen we de waarde van het moment. Voor de hoek die bestaat tussen het dipoolmoment endirectionaliteit van het elektrische veld, de aanwezigheid van een mechanisch moment is kenmerkend.
Vaak vinden mensen het moeilijk om de modulus te berekenen die op de dipoolstructuur werkt. Hier moet rekening worden gehouden met de eigenaardigheden van het berekenen van de hoek "Alpha". Het is bekend dat de dipool afwijkt van de gebalanceerde positie. Maar het dipoolmoment zelf heeft een herstellend karakter, omdat het de neiging heeft om in beweging te zijn.
Berekeningen
Wanneer dit dipoolmoment in het midden van een inhomogeen elektrisch veld wordt geplaatst, ontstaat er onvermijdelijk een kracht. In een dergelijke omgeving zullen de indicatoren van de som van krachten niet nul zijn. Er werken dus krachten op het dipoolmoment met een puntkarakter. De afmeting van de dipoolarm is veel kleiner.
De formule kan als volgt worden geschreven: F=q (E2 - E1)=qdE, waarbij d het elektrische veldverschil is.
Zoek naar de kenmerken van het fysieke concept dat wordt bestudeerd
Laten we het onderwerp verder bekijken. Om te bepalen wat het kenmerk is van het elektrische veld, is het nodig om een aantal berekeningen te maken als het wordt gecreëerd met behulp van een systeem van ladingen en gelokaliseerd in een kleine ruimte. Een voorbeeld wordt gegeven door atomen en moleculen, die in hun samenstelling elektrisch geladen kernen en elektronen hebben.
Als het nodig is om naar een veld te zoeken op een grotere afstand dan de afmetingen die het gebied vormen waar de deeltjes zich bevinden, zullen we een aantal exacte formules gebruiken die zeer complex zijn. Het is mogelijk om eenvoudiger te gebruikenbenaderende uitdrukkingen. Laten we aannemen dat puntenverzamelingen van ladingen qk deelnemen aan het ontstaan van het elektrische veld. Ze bevinden zich in een kleine ruimte.
Om de eigenschap van het veld te berekenen, is het toegestaan om alle kosten van het systeem te combineren. Een dergelijk systeem wordt beschouwd als een puntlading Q. De magnitude-indicatoren zijn de som van de ladingen die in het oorspronkelijke systeem zaten.
Locatie van kosten
Stel je voor dat de plaats van de heffing wordt aangegeven op elke plaats waar het heffingssysteem qk zich bevindt. Bij het aanbrengen van wijzigingen aan de locatie, als deze grenzen heeft uitgedrukt in een klein gebied, zal een dergelijke invloed verwaarloosbaar zijn, bijna onmerkbaar voor het veld vanuit het gezichtspunt. Binnen de grenzen van de benadering van sterkte en potentiaal die het elektrische veld heeft, worden bepalingen gedaan met behulp van traditionele formules.
Als de som van de totale lading van het systeem nul is, zien de parameters van de aangegeven benadering er ruw uit. Dit geeft reden om te concluderen dat het elektrische veld eenvoudigweg afwezig is. Als het nodig is om een nauwkeurigere benadering te krijgen, verzamel dan mentaal afzonderlijke groepen positieve en negatieve ladingen van het systeem dat wordt overwogen.
In het geval van verplaatsing van hun "centra" ten opzichte van andere, kunnen de veldparameters in een dergelijk systeem worden beschreven als een veld met twee puntladingen, gelijk in grootte en tegengesteld in teken. Opgemerkt wordt dat ze verdrongen zijn ten opzichte van anderen. VoorzienVoor een meer nauwkeurige karakterisering van het ladingssysteem in termen van de parameters van deze benadering, zullen de eigenschappen van een dipool in een elektrisch veld moeten worden bestudeerd.
Introductie van de term
Laten we teruggaan naar de definitie. Een elektrische dipool is de definitie van een systeem met twee puntladingen. Ze hebben dezelfde grootte en tegengestelde tekens. Bovendien bevinden dergelijke borden zich op kleine afstand ten opzichte van andere borden.
Je kunt de karakteristiek berekenen van het proces dat wordt gecreëerd door middel van een dipool, en het wordt weergegeven door twee puntladingen: +q en −q, en ze bevinden zich op een afstand a ten opzichte van de andere.
Volgorde berekeningen
Laten we beginnen met het berekenen van het potentieel en de intensiteit van de dipool op zijn axiale oppervlak. Dit is een rechte lijn die tussen twee ladingen loopt. Op voorwaarde dat punt A zich op een afstand bevindt die gelijk is aan r ten opzichte van het centrale deel van de dipool, en als het r >> a is, volgens het principe van superpositie voor de veldpotentiaal op dit punt, is het rationeel om gebruik de uitdrukking om de parameters van de elektrische dipool te berekenen.
De grootte van de sterktevector wordt berekend door het principe van superpositie. Om de veldsterkte te berekenen, wordt het concept van de verhouding tussen potentiaal en veldsterkte gebruikt:
Ex=−Δφ /Δx.
Onder dergelijke omstandigheden wordt de richting van de intensiteitsvector longitudinaal aangegeven ten opzichte van de dipoolas. Om de modulus te berekenen, is de standaardformule van toepassing.
Belangrijkverduidelijkingen
Er moet rekening mee worden gehouden dat de verzwakking van het elektrische dipoolveld sneller optreedt dan dat het een puntlading ervaart. Het verval van de dipoolveldpotentiaal is omgekeerd evenredig met het kwadraat van de afstand en de veldsterkte is omgekeerd evenredig met de derde macht van de afstand.
Met behulp van vergelijkbare, maar omslachtigere methoden, worden de parameters van de potentiaal en veldsterkte van de dipool gevonden op willekeurige punten, waarvan de positieparameters worden bepaald met behulp van een dergelijke berekeningsmethode als poolcoördinaten: de afstand tot de middelpunt van de elektrische dipool (r) en de hoek (θ).
Berekening met spanningsvector
Het concept van de intensiteitsvector E is verdeeld in twee punten:
- Radiaal (Er), die in de lengterichting is gericht ten opzichte van de rechte lijn.
- Zo'n rechte lijn verbindt het gespecificeerde punt en het middelpunt van de dipool met de loodlijn daarop Eθ.
Deze decompositie van elke component is gericht op het verloop van de verandering die optreedt met alle coördinaten van het te observeren punt. Je kunt het vinden aan de hand van de verhouding die veldsterkte-indicatoren relateert aan mogelijke wijzigingen.
Om de vectorcomponent te vinden bij de veldsterkte, is het belangrijk om de aard van de relatie vast te stellen in de potentiële veranderingen die optreden als gevolg van de verplaatsing van het observatiepunt in de richting van de vectoren.
Bereken de loodrechte component
Als je klaar bentVoor deze procedure is het belangrijk om er rekening mee te houden dat de uitdrukking voor de grootte bij een kleine loodrechte verplaatsing wordt bepaald door de hoek te veranderen: Δl=rΔθ. De grootteparameters voor deze veldcomponent zullen gelijk zijn.
Als de verhouding is verkregen, is het mogelijk om het veld van de elektrische dipool op een willekeurig punt te bepalen om een afbeelding te maken met de krachtlijnen van dit veld.
Het is belangrijk om te bedenken dat alle formules voor het bepalen van de potentiaal en veldsterkte van een dipool alleen werken op het product van de waarden die één dipoollading heeft en de afstand daartussen.
Dipoolmoment
De titel van het beschreven werk is een volledige beschrijving van het elektrische type eigenschappen. Het heeft de naam "dipoolmoment van het systeem".
Per definitie van een dipool, een systeem van puntladingen, kan worden vastgesteld dat deze wordt gekenmerkt door de aanwezigheid van axiale symmetrie, wanneer de as een rechte lijn is die door verschillende ladingen gaat.
Om de volledige karakteristiek van de dipool in te stellen, geeft u de oriëntatierichting van de as aan. Voor de eenvoud van berekeningen kan de dipoolmomentvector worden gespecificeerd. De waarde van zijn grootte is gelijk aan de grootte van het dipoolmoment, en de richtingsvector verschilt door het samenvallen ervan en de as van de dipool. Dus p=qa als a de richting is van de vector die de negatieve en positieve ladingen van de dipool verbindt.
Het gebruik van zo'n kenmerk van de dipool is handig en maakt het in de meeste gevallen mogelijk om de formule te vereenvoudigen en de vorm te gevenvector. De beschrijving van de potentiaal van het dipoolveld op een punt in een willekeurige richting wordt geschreven in de vorm van een vector.
De introductie van concepten als de vectorkarakteristiek van een dipool en zijn dipoolmoment kan worden uitgevoerd met behulp van een vereenvoudigd model - een puntlading in een uniform veld, dat een systeem van ladingen omvat waarvan de geometrische afmetingen niet hoeft geen rekening mee te worden gehouden, maar het is wel belangrijk om het dipoolmoment te kennen. Dit is een voorwaarde voor het uitvoeren van berekeningen.
Hoe een dipool zich gedraagt
Het gedrag van een dipool is te zien aan het voorbeeld van zo'n situatie. De positie van twee puntladingen heeft een vast karakter van afstand ten opzichte van elkaar. Ze werden geplaatst in de omstandigheden van een dipool met een uniform elektrisch veld. Maakte opmerkingen over het proces. In de lessen natuurkunde (elektrodynamica) wordt dit concept uitgebreid besproken. Van het veld naar de lading wordt de werking van krachten uitgevoerd:
F=±qE
Ze zijn even groot en tegengesteld in richting. De indicator van de totale kracht die op de dipool werkt, is nul. Aangezien zo'n kracht effect heeft op verschillende punten, zal het totale moment zijn:
M=Fa sin a=qEa sin a=pE sin a
waarbij α de hoek is die de veldsterktevectoren en de dipoolmomentvectoren verbindt. Door de aanwezigheid van een krachtmoment heeft het dipoolmoment van het systeem de neiging terug te keren naar de richtingen van de elektrische veldsterktevector.
Elektrische dipool is een concept dat belangrijk is om duidelijk te begrijpen. Op internet kun je er meer over lezen. Het kan ookom te studeren in natuurkundelessen op school in klas 10, zoals we hierboven hebben besproken.
