10-րդ դասարանում ֆիզիկա սովորելիս դիտարկվում է դիպոլների թեման։ Ի՞նչ է նշանակում այս հասկացությունը և ի՞նչ բանաձևեր են օգտագործվում այն հաշվարկելու համար:
Ներածություն
Եթե դուք դիպոլ եք դնում միատեսակ էլեկտրական դաշտի տարածության մեջ, ապա այն կարող եք ներկայացնել որպես ուժի գծեր: Դիպոլը համակարգ է, որտեղ կան երկու լիցքեր, որոնք պարամետրերով նույնական են, բայց դրանք հակառակ կետային լիցքեր են: Ավելին, նրանց միջև հեռավորությունը շատ ավելի քիչ կլինի, քան դիպոլային դաշտի ցանկացած կետ հեռավորությունը: Դիպոլի մոմենտ հասկացությունը ուսումնասիրվում է էլեկտրադինամիկայի դպրոցական դասընթացում (10-րդ դասարան):
Դիպոլի առանցքը ուղիղ գիծ է, որն անցնում է երկու լիցքերի կետերով։ Դիպոլի թևը վեկտոր է, որը միացնում է լիցքը և միևնույն ժամանակ բացասական լիցքավորված մասնիկներից անցնում է դրական լիցքավորված մասնիկների։ Էլեկտրական դիպոլը բնութագրվում է այնպիսի վիճակի առկայությամբ, ինչպիսին է դիպոլը կամ էլեկտրական մոմենտը:
Ըստ սահմանման՝ դիպոլային մոմենտը վեկտոր է, որը թվայինորեն հավասար է դիպոլային լիցքի և նրա թևի արտադրյալին։ Ընդ որում, այն համատեղ ուղղորդվում է դիպոլի ուսի հետ։ Ուժերի գումարի զրոյական հավասարության դեպքում մենք հաշվարկում ենք պահի արժեքը։ Այն անկյան համար, որը գոյություն ունի դիպոլային մոմենտի ևէլեկտրական դաշտի ուղղորդվածությունը, բնորոշ է մեխանիկական պահի առկայությունը։
Հաճախ մարդիկ դժվարանում են հաշվարկել դիպոլային կառուցվածքի վրա գործող մոդուլը: Այստեղ անհրաժեշտ է հաշվի առնել «Ալֆա» անկյունի հաշվարկման առանձնահատկությունները։ Հայտնի է, որ դիպոլը շեղվում է հավասարակշռված դիրքից։ Բայց դիպոլային պահն ինքնին ունի վերականգնող բնույթ, քանի որ այն հակված է շարժման մեջ:
Հաշվարկներ
Երբ այս դիպոլային մոմենտը տեղադրվում է անհամասեռ էլեկտրական դաշտի միջավայրում, անխուսափելիորեն առաջանում է ուժ: Նման միջավայրում ուժերի գումարի ցուցանիշները զրո չեն լինի։ Հետևաբար, կան ուժեր, որոնք գործում են դիպոլային մոմենտի վրա կետային նշանով։ Դիպոլի թեւի չափը շատ ավելի փոքր է։
Բանաձևը կարելի է գրել այսպես. F=q (E2 - E1)=qdE, որտեղ d-ը էլեկտրական դաշտի դիֆերենցիալն է:
Որոնել ուսումնասիրվող ֆիզիկական հայեցակարգի բնութագրերը
Եկեք թեմային ավելի մանրամասն նայենք: Որոշելու համար, թե որն է էլեկտրական դաշտի հատկանիշը, եթե այն ստեղծվել է լիցքերի համակարգի միջոցով և տեղայնացվել փոքր տարածքում, անհրաժեշտ է կատարել մի շարք հաշվարկներ։ Օրինակ բերված են ատոմները և մոլեկուլները, որոնք իրենց կազմով ունեն էլեկտրական լիցքավորված միջուկներ և էլեկտրոններ։
Եթե անհրաժեշտ է փնտրել դաշտ ավելի մեծ հեռավորության վրա, քան չափերը, որոնք կազմում են այն տարածքը, որտեղ գտնվում են մասնիկները, մենք կօգտագործենք մի շարք ճշգրիտ բանաձևեր, որոնք խիստ բարդ են: Հնարավոր է օգտագործել ավելի պարզմոտավոր արտահայտություններ. Ենթադրենք, որ էլեկտրական դաշտի ստեղծմանը մասնակցում են լիցքերի կետային շարքերը qk: Նրանք գտնվում են փոքր տարածքում։
Այն բնութագրիչի հաշվարկը, որն ունի դաշտը, թույլատրվում է միավորել համակարգի բոլոր լիցքերը։ Նման համակարգը համարվում է կետային լիցք Q: Մեծության ցուցանիշները կլինեն սկզբնական համակարգում եղած լիցքերի գումարը:
Գանձումների գտնվելու վայրը
Պատկերացնենք, որ լիցքավորման վայրը նշված է ցանկացած վայրում, որտեղ գտնվում է qk լիցքավորման համակարգը։ Տեղադրության մեջ փոփոխություններ կատարելիս, եթե այն ունի փոքր տարածքում արտահայտված սահմաններ, ապա այդպիսի ազդեցությունը կլինի աննշան, գրեթե աննկատ դաշտի համար տեսանկյունից: Ուժի և պոտենցիալի մոտավորության այնպիսի սահմաններում, որ ունի էլեկտրական դաշտը, որոշումները կատարվում են ավանդական բանաձևերի միջոցով։
Երբ համակարգի ընդհանուր լիցքի գումարը զրո է, նշված մոտարկման պարամետրերը կոպիտ տեսք կունենան։ Սա հիմք է տալիս եզրակացնելու, որ էլեկտրական դաշտը պարզապես բացակայում է։ Եթե անհրաժեշտ է ձեռք բերել ավելի ճշգրիտ մոտավորություն, մտովի հավաքեք դիտարկվող համակարգի դրական և բացասական լիցքերի առանձին խմբեր:
Իրենց «կենտրոնների» մյուսների նկատմամբ տեղաշարժվելու դեպքում նման համակարգում դաշտի պարամետրերը կարելի է բնութագրել որպես դաշտ, որն ունի երկու կետային լիցքեր՝ մեծությամբ հավասար և հակառակ նշանով։ Նշվում է, որ նրանք տեղահանված են ուրիշների նկատմամբ։ ԱպահովելԱյս մոտարկման պարամետրերով լիցքերի համակարգի առավել ճշգրիտ բնութագրման համար անհրաժեշտ կլինի ուսումնասիրել դիպոլի հատկությունները էլեկտրական դաշտում:
տերմինի ներդրում
Եկեք վերադառնանք սահմանմանը: Էլեկտրական դիպոլը երկու կետային լիցքեր ունեցող համակարգի սահմանումն է։ Նրանք ունեն նույն չափը և հակառակ նշանները: Ավելին, նման նշանները գտնվում են այլ նշանների համեմատ փոքր հեռավորության վրա։
Դուք կարող եք հաշվարկել այն պրոցեսի բնութագիրը, որը ստեղծվում է դիպոլի միջոցով, և այն ներկայացված է երկու կետային լիցքերով՝ +q և −q, և դրանք գտնվում են մյուսների համեմատ հեռավորության վրա։
Հաշվարկների հաջորդականություն
Սկսենք հաշվելով այն պոտենցիալը և ինտենսիվությունը, որն ունի դիպոլն իր առանցքային մակերեսի վրա: Սա ուղիղ գիծ է, որն անցնում է երկու լիցքերի միջև: Պայմանով, որ A կետը գտնվում է մի հեռավորության վրա, որը հավասար է r-ին դիպոլի կենտրոնական մասի նկատմամբ, և եթե այն r >> a է, ապա այս կետում դաշտային ներուժի սուպերպոզիցիայի սկզբունքի համաձայն, ռացիոնալ կլինի. Օգտագործեք արտահայտությունը էլեկտրական դիպոլի պարամետրերը հաշվարկելու համար։
Հզորության վեկտորի մեծությունը հաշվարկվում է սուպերպոզիցիայի սկզբունքով։Դաշտի ուժգնությունը հաշվարկելու համար օգտագործվում է պոտենցիալ և դաշտի ուժգնության հարաբերակցության հայեցակարգը՝
Ex=−Δφ /Δx.
Նման պայմաններում ինտենսիվության վեկտորի ուղղությունը երկայնորեն նշվում է դիպոլային առանցքի նկատմամբ: Դրա մոդուլը հաշվարկելու համար կիրառելի է ստանդարտ բանաձևը։
Կարևորպարզաբանումներ
Պետք է հաշվի առնել, որ էլեկտրական դիպոլային դաշտի թուլացումը տեղի է ունենում ավելի արագ, քան այն զգում է կետային լիցքավորում: Դիպոլի դաշտի ներուժի քայքայումը հակադարձ համեմատական է հեռավորության քառակուսուն, իսկ դաշտի ուժգնությունը հակադարձ համեմատական է հեռավորության խորանարդին։
Օգտագործելով նմանատիպ, բայց ավելի դժվար մեթոդներ, դիպոլի ներուժի և դաշտի ուժի պարամետրերը հայտնաբերվում են կամայական կետերում, որոնց դիրքի պարամետրերը որոշվում են հաշվարկի այնպիսի մեթոդով, ինչպիսին են բևեռային կոորդինատները. էլեկտրական դիպոլի կենտրոնը (r) և անկյունը (θ):
Հաշվարկ՝ օգտագործելով լարվածության վեկտոր
Ինտենսիվության վեկտորի E հասկացությունը բաժանված է երկու կետի.
- Ճառագայթային (Er), որն ուղղված է ուղիղ գծի նկատմամբ երկայնական ուղղությամբ:
- Նման ուղիղ գիծը միացնում է նշված կետը և դիպոլի կենտրոնը նրան ուղղահայաց Eθ։
Յուրաքանչյուր բաղադրիչի այս տարրալուծումն ուղղված է փոփոխությունների ընթացքին, որը տեղի է ունենում դիտարկվող կետի բոլոր կոորդինատներով: Դուք կարող եք այն գտնել այն հարաբերակցությամբ, որը կապում է դաշտի ուժգնության ցուցանիշները հնարավոր փոփոխություններին:
Գտնելով վեկտորի բաղադրիչը դաշտի ուժգնությամբ, կարևոր է հաստատել փոխհարաբերությունների բնույթը պոտենցիալ փոփոխությունների մեջ, որոնք տեղի են ունենում դիտակետի տեղաշարժի պատճառով վեկտորների ուղղությամբ:
Հաշվե՛ք ուղղահայաց բաղադրիչը
Երբ պատրաստ էԱյս ընթացակարգի համար կարևոր է հաշվի առնել, որ փոքր ուղղահայաց տեղաշարժով մեծության արտահայտությունը կորոշվի անկյունը փոխելով՝ Δl=rΔθ։Այս դաշտի բաղադրիչի մեծության պարամետրերը հավասար կլինեն։
Ձեռք բերելով հարաբերակցությունը՝ հնարավոր է որոշել էլեկտրական դիպոլի դաշտը կամայական կետում՝ այս դաշտի ուժի գծերով նկար կառուցելու համար։
Կարևոր է հաշվի առնել, որ դիպոլի պոտենցիալը և դաշտի ուժը որոշելու բոլոր բանաձևերը գործում են միայն մեկ դիպոլային լիցքի արժեքների և դրանց միջև եղած հեռավորության արտադրյալի հիման վրա:
Դիպոլի պահ
Նկարագրված աշխատանքի անվանումը էլեկտրական տիպի հատկությունների ամբողջական նկարագրությունն է: Այն ունի «համակարգի դիպոլային պահ» անվանումը։
Դիպոլի սահմանմամբ, որը կետային լիցքերի համակարգ է, կարելի է պարզել, որ այն բնութագրվում է առանցքային համաչափության առկայությամբ, երբ առանցքը ուղիղ գիծ է, որն անցնում է մի քանի լիցքերի միջով։
Դիպոլի ամբողջական բնութագիրը սահմանելու համար նշեք առանցքի կողմնորոշման ուղղությունը: Հաշվարկների պարզության համար կարելի է նշել դիպոլային պահի վեկտորը: Նրա մեծության արժեքը հավասար է դիպոլային մոմենտի մեծությանը, իսկ ուղղության վեկտորը տարբերվում է նրա և դիպոլի առանցքի համընկնմամբ։ Այսպիսով, p=qa, եթե a-ն վեկտորի ուղղությունն է, որը միացնում է դիպոլի բացասական և դրական լիցքերը:
Դիպոլի նման բնութագրի օգտագործումը հարմար է և շատ դեպքերում հնարավորություն է տալիս պարզեցնել բանաձևը և տալ նրան ձևվեկտոր. Դիպոլի դաշտի ներուժի նկարագրությունը կամայական ուղղության կետում գրված է վեկտորի տեսքով։
Այնպիսի հասկացությունների ներդրումը, ինչպիսիք են դիպոլի վեկտորային հատկանիշը և դրա դիպոլային մոմենտը, կարող են իրականացվել պարզեցված մոդելի միջոցով - կետային լիցք միատեսակ դաշտում, որը ներառում է լիցքերի համակարգ, որի երկրաչափական չափերը ներառում են. պետք չէ հաշվի առնել, բայց կարևոր է իմանալ դիպոլային պահը: Սա նախապայման է հաշվարկներ կատարելու համար։
Ինչպես է իրեն պահում դիպոլը
Դիպոլի պահվածքը կարելի է տեսնել նման իրավիճակի օրինակով։ Երկու կետային լիցքերի դիրքն ունի միմյանց նկատմամբ հեռավորության ֆիքսված բնույթ: Դրանք տեղադրվել են միատեսակ էլեկտրական դաշտի դիպոլի պայմաններում։ Գործընթացի վերաբերյալ դիտարկումներ արեց. Ֆիզիկայի դասերին (էլեկտրոդինամիկա) այս հասկացությունը մանրամասն դիտարկվում է։ Դաշտից մինչև լիցք կատարվում է ուժերի գործողություն՝
F=±qE
Դրանք հավասար են մեծությամբ և հակառակ ուղղությամբ: Դիպոլի վրա ազդող ընդհանուր ուժի ցուցիչը զրո է։ Քանի որ նման ուժը ազդում է տարբեր կետերի վրա, ընդհանուր մոմենտը կլինի՝
M=Fa sin a=qEa sin a=pE sin a
ինչպես α-ն այն անկյունն է, որը կապում է դաշտի ուժգնության վեկտորները և դիպոլային մոմենտի վեկտորները: Ուժային մոմենտի առկայության պատճառով համակարգի դիպոլային մոմենտը ձգտում է վերադառնալ էլեկտրական դաշտի ուժգնության վեկտորի ուղղություններին։
Էլեկտրական դիպոլը հասկացություն է, որը կարևոր է հստակ հասկանալ: Այդ մասին ավելին կարող եք կարդալ ինտերնետում: Նաև կարող էսովորել ֆիզիկայի դասերին դպրոցում 10-րդ դասարանում, ինչպես խոսեցինք վերևում։
