При вивченні фізики у 10 класі розглядається тема про диполях. Що означає це поняття і які формули застосовуються для його розрахунку?

Введення

Якщо помістити диполь в простір однорідного електричного поля, можна представити його як силові лінії. Диполь є системою, в якій присутні два заряду, однакові за параметрами, але вони є різнойменними точковими. Причому відстань між ними буде набагато менше, ніж відстань до будь-якої точки дипольного поля. Поняття дипольного моменту вивчає шкільний курс електродинаміки (10 клас).


Вісь диполя – це пряма, яка проходить через точки обох зарядів. Дипольне плече – вектор, який з'єднує заряд і при цьому прямує від негативно заряджених частинок до частинок позитивно зарядженим. Для електричного диполя характерно наявність такого стану, як дипольний або електричний моменти. За визначення дипольним моментом є вектор, який чисельно дорівнює добутку дипольного заряду на його плече. Причому він сонаправлен з плечем диполя. При нульовому рівності суми сил підрахуємо значення моменту. Для кута, який існує між дипольним моментом і спрямованістю електричного поля, властиво присутність механічного моменту. Часто люди не можуть виконати обчислення модуля, чинного на структуру диполя. Тут необхідно враховувати особливості обчислення кута "Альфа". Відомо, що диполь відхиляється від урівноваженого стану. Але сам дипольний момент відрізняється повертає характером, так як схильний знаходиться в русі.

Розрахунки

При приміщенні цього дипольного моменту в середу неоднорідного електричного поля неминуче виникає вплив сили. У такому середовищі показники суми сил не будуть нульовими. Отже, є сили, що діють на дипольний момент з точковим характером. Розмір дипольного плеча набагато менше. Формула може бути записана так: F=q (E2 - E1) = qdE, де d є диференціалом електричного поля.

Пошук характеристик досліджуваного фізичного поняття

Розглянемо тему далі. Для того щоб визначити, яка характеристика електричного поля, якщо воно створюється за допомогою системи зарядів і локалізується в невеликому просторі, необхідно провести ряд вичислний. Приклад представлений атомами і молекулами, які у своєму складі мають електрично заряджені ядра і електрони. При необхідності пошуку поля на відстані, більшій, ніж розміри, які складають область розташування частинок, скористаємося рядом точних формул, які відрізняються високою складністю. Є можливість використовувати більш прості наближені вирази. Припустимо, у створенні електричного поля приймають участь точкові набори зарядів q k . Вони розташовані на невеликому просторі. Щоб виконати обчислення характеристики, яку має поле, допускається об'єднання всіх зарядів системи. Така система розглядається у вигляді точкового заряду Q. Показники величини будуть складати суму зарядів, які були у вихідній системі.

Розташування зарядів

Уявімо, що розташування заряду зазначено в будь-якому місці, де знаходиться система зарядів q k . При виконанні змін місця розташування, якщо воно має межі, виражені малої областю, такий вплив буде незначним, майже не помітним для поля в точці розгляду. В таких межах наближення напруженості і потенціалу, які є у електричного поля, виробляються визначення із застосуванням традиційних формул.
При нульовій сумі сумарного заряду системи, параметри указного наближення будуть виглядати грубо. Це дає привід зробити висновок, що електричне поле просто відсутня. При необхідності отримання більш точного наближення подумки збирають окремі групи позитивних і негативних зарядів тієї системи, яка розглядається. У разі зміщення їх «центрів» щодо інших, параметри поля в такій системі можна описати у вигляді поля, яке має в своєму розпорядженні двома точковими зарядами, рівними за величиною і протилежними за знаком. При цьому наголошується, що вони зміщені по відношенню до інших. Для надання більш точної характеристики системи зарядів за параметрами цього наближення потрібно вивчити властивості диполя в електричному полі.

Введення терміна

Повернемося до визначення. Електричний диполь - це визначення системи, яка має два точкові заряди. Вони мають однакову величину і протилежні знаки. Причому такі знаки розташовані на малих відстанях щодо інших знаків. Можна розрахувати характеристику процесу, який створюється за допомогою диполя, і він представлений двома точковими зарядами: +q і –q, причому вони розташовані на відстані щодо інших.

Послідовність виконання обчислень

Почнемо з того, що обчислимо потенціал і напруженість, наявні у диполя на осьовий його поверхні. Це пряма лінія, яка проходить між двома зарядами. За умови розташування точки A на відстані, яка дорівнює r відносно центральної частини диполя, і якщо це r a, за принципом суперпозиції для потенціалу поля в даній точці буде раціонально застосування вирази для обчислення параметрів електричного диполя.
Величина, яку має вектор напруженості, обчислюється за принципом суперпозиції.
Для обчислення напруженості поля використовується поняття співвідношення потенціалу і напруженості поля: E x = –?? /?x. В таких умовах напрям вектора напруженості зазначено поздовжньо відносно осі диполя. Для розрахунку його модуля застосовується стандартна формула.

Важливі уточнення

Потрібно враховувати, що слабшанню поля електричного диполя відбувається швидше, ніж це відчуває точковий заряд. Спадання потенціалу поля диполя відбувається в обернено пропорційній напрямку щодо квадрата відстані, а напруженості поля - в обернено пропорційній напрямку щодо куба відстані. З застосуванням аналогічних, але більш громіздких способів, знаходяться параметри потенціалу і напруженості поля диполя на довільних точках, параметри положення яких визначаються з використанням такого способу обчислення, як полярні координати: відстань до центру електричного диполя (r) і кута (?).

Обчислення з використанням вектора напруженості

Поняття вектор напруженості E ділиться на два пункти:

Радіальна (E r ), яка спрямована в поздовжньому напрямку відносно прямої.

Така пряма з'єднує зазначену точку і центр диполя з перпендикулярної їй E ? .

Таке розкладання кожного компонента направлено вздовж зміни курсу, яке відбувається зі всіма координатами точки для спостереження. Знайти його можна за співвідношенням, яке пов'язує показники напруженості поля з потенційними модифікаціями. Знаходячи компоненту вектора при напруженості поля, важливо встановити характер відносини у змінах потенціалу, які відбуваються з причини зміщення точки спостереження за напрямом векторів.

Розраховуємо перпендикулярну складову

При виконанні даної процедури важливо врахувати, що вираз величини при малому зміщенні перпендикулярному буде визначено шляхом зміни кута: ?l = r??.
Параметри величини у цієї компоненти поля будуть рівні. Отримавши співвідношення, можна визначити поле элекрического диполя в довільній точці для побудови картини з силовими лініями поля. Важливо врахувати, що всі формули для визначення потенціалу і напруженості поля диполя оперують тільки твором величин, які є у одного дипольного заряду, і відстанню між ними.

Дипольний момент

Назва описаного твори - повна характеристика електричного типу властивостей. Вона має назву «дипольний момент системи». За визначенням диполя, що представляє собою систему точкових зарядів, можна з'ясувати, що для нього характерна наявність осьової симетрії, коли вісь – це пряма, яка проходить через кілька зарядів. Щоб задати повну характеристику диполя, вказують напрямок орієнтації, яке має вісь. Для простоти обчислень можна задати вектор дипольного моменту. Значення його величини дорівнює величині дипольного моменту, а вектор напрямку відрізняється збігом його і осі диполя. Так, p = qa, якщо a – напрям вектора, що з'єднує негативні і позитивні заряди диполя. Застосування такої характеристики диполя зручно і дає можливість у більшості випадків спростити формулу і додати їй вид вектора. Опис потенціалу поля диполя в точці довільного напрямку записують у формі вектора. Введення таких понять, як векторна характеристика диполя і його дипольний момент, можна виконувати з використанням спрощеної моделі – точкового заряду в однорідному полі, в складі якого є система зарядів, геометричні розміри якої не обов'язково враховувати, але важливо знати дипольний момент. Це необхідна умова для виконання обчислень.

Як веде себе диполь

Поведінка диполя можна розглянути на прикладі такої ситуації. Положення двох точкових зарядів має фіксований характер відстані відносно один одного. Їх помістили в умови диполя однорідного електричного поля. Справили спостереження над процесом. На уроках фізики (електродинаміки) розглядають це поняття докладно. Від поля на заряд виконується дія сил: F = ±qE Вони дорівнюють показниками величини і протилежні за характером спрямування. Показник сумарної сили, яка діє на диполь, дорівнює нулю. Так як у такої сили спостерігається вплив на різні точки, показник сумарного моменту буде: M = Fa sin a = qEa sin a = pE sin a при ?, є кутом, що з'єднує вектори напруженості поля і вектора дипольного моменту. З-за наявності силового моменту виникає прагнення дипольного моменту системи для повернення до напрямками вектора напруженості електричного поля. Електричний диполь - це поняття, яке важливо чітко розуміти. Детальніше про нього можна прочитати в інтернеті. Також його можна вивчити на уроках фізики в школі в 10 класі, про що ми говорили вище.