მე-10 კლასში ფიზიკის შესწავლისას განიხილება დიპოლების თემა. რას ნიშნავს ეს კონცეფცია და რა ფორმულები გამოიყენება მის გამოსათვლელად?
შესავალი
თუ თქვენ განათავსებთ დიპოლს ერთიანი ელექტრული ველის სივრცეში, შეგიძლიათ წარმოადგინოთ იგი ძალის ხაზებად. დიპოლი არის სისტემა, რომელშიც არის ორი მუხტი, რომლებიც პარამეტრებში იდენტურია, მაგრამ ისინი საპირისპირო წერტილოვანი მუხტებია. უფრო მეტიც, მათ შორის მანძილი გაცილებით ნაკლები იქნება ვიდრე მანძილი დიპოლური ველის ნებისმიერ წერტილამდე. დიპოლური მომენტის კონცეფცია შესწავლილია ელექტროდინამიკის სასკოლო კურსში (10 კლასი).
დიპოლის ღერძი არის სწორი ხაზი, რომელიც გადის ორივე მუხტის წერტილებს. დიპოლური მკლავი არის ვექტორი, რომელიც აკავშირებს მუხტს და ამავე დროს გადადის უარყოფითად დამუხტული ნაწილაკებიდან დადებითად დამუხტულ ნაწილაკებამდე. ელექტრულ დიპოლს ახასიათებს ისეთი მდგომარეობის არსებობა, როგორიც არის დიპოლი ან ელექტრული მომენტი.
განმარტებით, დიპოლური მომენტი არის ვექტორი, რომელიც რიცხობრივად უდრის დიპოლური მუხტისა და მისი მკლავის ნამრავლს. უფრო მეტიც, ის დიპოლის მხართან ერთად არის მიმართული. ძალების ჯამის ნულოვანი ტოლობისას ჩვენ ვიანგარიშებთ მომენტის მნიშვნელობას. იმ კუთხისთვის, რომელიც არსებობს დიპოლურ მომენტსა დაელექტრული ველის მიმართულება, დამახასიათებელია მექანიკური მომენტის არსებობა.
ხშირად ადამიანებს უჭირთ დიპოლურ სტრუქტურაზე მოქმედი მოდულის გამოთვლა. აქ აუცილებელია გავითვალისწინოთ "ალფა" კუთხის გამოთვლის თავისებურებები. ცნობილია, რომ დიპოლი გადახრილია დაბალანსებული პოზიციიდან. მაგრამ თავად დიპოლურ მომენტს აქვს აღმდგენი ხასიათი, რადგან ის მოძრაობაშია.
გამოთვლები
როდესაც ეს დიპოლური მომენტი მოთავსებულია არაჰომოგენური ელექტრული ველის გარემოში, აუცილებლად წარმოიქმნება ძალა. ასეთ გარემოში ძალთა ჯამის მაჩვენებლები ნული იქნება. შესაბამისად, არსებობს ძალები, რომლებიც მოქმედებენ დიპოლურ მომენტზე წერტილოვანი ნიშნით. დიპოლური მკლავის ზომა გაცილებით მცირეა.
ფორმულა შეიძლება დაიწეროს ასე: F=q (E2 - E1)=qdE, სადაც d არის ელექტრული ველის დიფერენციალი.
მოძებნეთ შესასწავლი ფიზიკური კონცეფციის მახასიათებლები
მოდით თემას უფრო შორს მივხედოთ. იმის დასადგენად, თუ რა არის დამახასიათებელი ელექტრული ველი, თუ იგი შექმნილია მუხტების სისტემის გამოყენებით და ლოკალიზებულია მცირე სივრცეში, საჭიროა არაერთი გამოთვლების გაკეთება. ამის მაგალითია ატომები და მოლეკულები, რომლებსაც აქვთ ელექტრული დამუხტული ბირთვები და ელექტრონები.
თუ საჭიროა მოძებნოთ ველი, რომელიც აღემატება იმ განზომილებებს, რომლებიც ქმნიან ნაწილაკების განლაგებას, ჩვენ გამოვიყენებთ უამრავ ზუსტ ფორმულას, რომლებიც ძალიან რთულია. შესაძლებელია უფრო მარტივი გამოყენებასავარაუდო გამონათქვამები. დავუშვათ, რომ მუხტების წერტილოვანი ნაკრები qk მონაწილეობს ელექტრული ველის შექმნაში. ისინი განლაგებულია პატარა სივრცეში.
იმ მახასიათებლის გამოსათვლელად, რომელიც აქვს ველს, დასაშვებია სისტემის ყველა მუხტის გაერთიანება. ასეთი სისტემა განიხილება, როგორც წერტილოვანი მუხტი Q. სიდიდის ინდიკატორები იქნება თავდაპირველ სისტემაში არსებული მუხტების ჯამი.
გადასახადის მდებარეობა
წარმოვიდგინოთ, რომ დამუხტვის მდებარეობა მითითებულია ნებისმიერ ადგილას, სადაც მდებარეობს მუხტების სისტემა qk. მდებარეობაში ცვლილებების შეტანისას, თუ მას აქვს მცირე ფართობზე გამოხატული საზღვრები, ასეთი გავლენა იქნება უმნიშვნელო, თითქმის შეუმჩნეველი ველის თვალსაზრისით. სიმტკიცისა და პოტენციალის მიახლოების ისეთ საზღვრებში, რაც აქვს ელექტრულ ველს, განსაზღვრა ხდება ტრადიციული ფორმულების გამოყენებით.
როდესაც სისტემის მთლიანი დამუხტვის ჯამი ნულის ტოლია, მითითებული მიახლოების პარამეტრები უხეში გამოიყურება. ეს საფუძველს იძლევა დავასკვნათ, რომ ელექტრული ველი უბრალოდ არ არსებობს. თუ საჭიროა უფრო ზუსტი მიახლოების მიღება, გონებრივად შეაგროვეთ განსახილველი სისტემის დადებითი და უარყოფითი მუხტების ცალკეული ჯგუფები.
მათი "ცენტრების" სხვებთან მიმართებაში გადაადგილების შემთხვევაში, ასეთ სისტემაში ველის პარამეტრები შეიძლება აღიწეროს, როგორც ველი, რომელსაც აქვს ორი წერტილის მუხტი, სიდიდით თანაბარი და საპირისპირო ნიშნით. აღნიშნულია, რომ ისინი დევნილები არიან სხვებთან მიმართებაში. Უზრუნველყოფამუხტების სისტემის უფრო ზუსტი დახასიათებისთვის ამ მიახლოების პარამეტრების მიხედვით, საჭირო იქნება დიპოლის თვისებების შესწავლა ელექტრულ ველში.
ტერმინის შესავალი
მოდით, დავუბრუნდეთ განმარტებას. ელექტრული დიპოლი არის სისტემის განმარტება, რომელსაც აქვს ორი წერტილის მუხტი. მათ აქვთ იგივე ზომა და საპირისპირო ნიშნები. უფრო მეტიც, ასეთი ნიშნები სხვა ნიშნებთან შედარებით მცირე მანძილზეა განთავსებული.
შეგიძლიათ გამოთვალოთ დიპოლის საშუალებით შექმნილი პროცესის მახასიათებელი და ის წარმოდგენილია ორი წერტილის მუხტით: +q და −q და ისინი განლაგებულია სხვებთან შედარებით მანძილზე.
გამოთვლების თანმიმდევრობა
დავიწყოთ იმ პოტენციალისა და ინტენსივობის გამოთვლით, რომელიც დიპოლს აქვს ღერძულ ზედაპირზე. ეს არის სწორი ხაზი, რომელიც გადის ორ მუხტს შორის. იმ პირობით, რომ წერტილი A მდებარეობს მანძილზე, რომელიც უდრის r-ს დიპოლის ცენტრალურ ნაწილთან მიმართებაში, და თუ ეს არის r >> a, ამ წერტილში ველის პოტენციალის სუპერპოზიციის პრინციპის მიხედვით, რაციონალური იქნება. გამოიყენეთ გამოხატულება ელექტრული დიპოლის პარამეტრების გამოსათვლელად.
სიძლიერის ვექტორის სიდიდე გამოითვლება სუპერპოზიციის პრინციპით.ველის სიძლიერის გამოსათვლელად გამოიყენება პოტენციალისა და ველის სიძლიერის თანაფარდობის კონცეფცია:
Ex=−Δφ /Δx.
ასეთ პირობებში ინტენსივობის ვექტორის მიმართულება მითითებულია გრძივად დიპოლური ღერძის მიმართ. მისი მოდულის გამოსათვლელად გამოიყენება სტანდარტული ფორმულა.
მნიშვნელოვანიაგანმარტებები
გასათვალისწინებელია, რომ ელექტრული დიპოლური ველის შესუსტება უფრო სწრაფად ხდება, ვიდრე ის განიცდის წერტილოვან მუხტს. დიპოლური ველის პოტენციალის დაშლა უკუპროპორციულია მანძილის კვადრატის, ხოლო ველის სიძლიერე უკუპროპორციულია მანძილის კუბის მიმართ.
მსგავსი, მაგრამ უფრო რთული მეთოდების გამოყენებით, დიპოლის პოტენციალისა და ველის სიძლიერის პარამეტრები გვხვდება თვითნებურ წერტილებში, რომელთა პოზიციის პარამეტრები განისაზღვრება ისეთი გაანგარიშების მეთოდით, როგორიცაა პოლარული კოორდინატები: მანძილი ელექტრული დიპოლის ცენტრი (r) და კუთხე (θ).
გაანგარიშება დაძაბულობის ვექტორის გამოყენებით
ინტენსივობის ვექტორის E კონცეფცია იყოფა ორ წერტილად:
- რადიალური (Er), რომელიც მიმართულია გრძივი მიმართულებით სწორი ხაზის მიმართ.
- ასეთი სწორი ხაზი აკავშირებს მითითებულ წერტილს და დიპოლის ცენტრს მის პერპენდიკულართან Eθ..
თითოეული კომპონენტის ეს დაშლა მიმართულია ცვლილების კურსის გასწვრივ, რომელიც ხდება დასაკვირვებელი წერტილის ყველა კოორდინატთან. თქვენ შეგიძლიათ იპოვოთ ის თანაფარდობით, რომელიც აკავშირებს ველის სიძლიერის ინდიკატორებს პოტენციურ ცვლილებებთან.
ვექტორის კომპონენტის პოვნისას ველის სიძლიერეზე, მნიშვნელოვანია დადგინდეს ურთიერთობის ხასიათი პოტენციურ ცვლილებებში, რომლებიც წარმოიქმნება დაკვირვების წერტილის გადაადგილების გამო ვექტორების მიმართულებით.
გამოთვალეთ პერპენდიკულარული კომპონენტი
როდესაც დასრულდებაამ პროცედურისთვის მნიშვნელოვანია გავითვალისწინოთ, რომ სიდიდის გამოხატულება მცირე პერპენდიკულარულ გადაადგილებაზე განისაზღვრება კუთხის შეცვლით: Δl=rΔθ.ამ ველის კომპონენტის სიდიდის პარამეტრები ტოლი იქნება.
თანაფარდობის მიღების შემდეგ, შესაძლებელია ელექტრული დიპოლის ველის დადგენა თვითნებურ წერტილში, რათა ავაშენოთ სურათი ამ ველის ძალის ხაზებით.
მნიშვნელოვანია გავითვალისწინოთ, რომ დიპოლის პოტენციალისა და ველის სიძლიერის განსაზღვრის ყველა ფორმულა მოქმედებს მხოლოდ იმ მნიშვნელობების ნამრავლზე, რომელიც აქვს ერთ დიპოლურ მუხტს და მათ შორის მანძილს.
დიპოლური მომენტი
აღწერილი სამუშაოს სათაური წარმოადგენს ელექტრული ტიპის თვისებების სრულ აღწერას. მას აქვს სახელი "სისტემის დიპოლური მომენტი".
დიპოლის განმარტებით, რომელიც წარმოადგენს წერტილოვანი მუხტების სისტემას, შეიძლება გაირკვა, რომ მას ახასიათებს ღერძული სიმეტრიის არსებობა, როდესაც ღერძი არის სწორი ხაზი, რომელიც გადის რამდენიმე მუხტზე.
დიპოლის სრული მახასიათებლის დასადგენად, მიუთითეთ ორიენტაციის მიმართულება, რომელიც აქვს ღერძს. გამოთვლების სიმარტივისთვის შეიძლება განისაზღვროს დიპოლური მომენტის ვექტორი. მისი სიდიდის მნიშვნელობა უდრის დიპოლური მომენტის სიდიდეს, ხოლო მიმართულების ვექტორი განსხვავდება მისი და დიპოლის ღერძის დამთხვევით. ასე რომ, p=qa თუ a არის ვექტორის მიმართულება, რომელიც აკავშირებს დიპოლის უარყოფით და დადებით მუხტებს.
დიპოლის ასეთი მახასიათებლის გამოყენება მოსახერხებელია და შესაძლებელს ხდის უმეტეს შემთხვევაში ფორმულის გამარტივებას და ფორმის მიცემას.ვექტორი. დიპოლური ველის პოტენციალის აღწერა თვითნებური მიმართულების წერტილში იწერება ვექტორის სახით.
ისეთი ცნებების დანერგვა, როგორიცაა დიპოლის ვექტორული მახასიათებელი და მისი დიპოლური მომენტი, შეიძლება განხორციელდეს გამარტივებული მოდელის გამოყენებით - წერტილის მუხტი ერთგვაროვან ველში, რომელიც მოიცავს მუხტების სისტემას, რომლის გეომეტრიული ზომები არ არის გასათვალისწინებელი, მაგრამ მნიშვნელოვანია იცოდეთ დიპოლური მომენტი. ეს არის გამოთვლების შესრულების წინაპირობა.
როგორ იქცევა დიპოლი
დიპოლის ქცევა ჩანს ასეთი სიტუაციის მაგალითზე. ორი წერტილის მუხტის პოზიციას აქვს ერთმანეთის მიმართ მანძილის ფიქსირებული ხასიათი. ისინი მოთავსდნენ ერთიანი ელექტრული ველის დიპოლის პირობებში. პროცესზე დაკვირვება გააკეთა. ფიზიკის (ელექტროდინამიკის) გაკვეთილებზე ეს ცნება დეტალურად არის განხილული. ველიდან მუხტამდე ძალების მოქმედება შესრულებულია:
F=±qE
ისინი ტოლია სიდიდით და საპირისპირო მიმართულებით. დიპოლზე მოქმედი ჯამური ძალის მაჩვენებელი ნულია. ვინაიდან ასეთი ძალა მოქმედებს სხვადასხვა წერტილზე, ჯამური მომენტი იქნება:
M=Fa sin a=qEa sin a=pE sin a, სადაც α არის ველის სიძლიერის ვექტორებისა და დიპოლური მომენტის ვექტორების დამაკავშირებელი კუთხე. ძალის მომენტის არსებობის გამო, სისტემის დიპოლური მომენტი უბრუნდება ელექტრული ველის სიძლიერის ვექტორის მიმართულებებს.
ელექტრული დიპოლი არის კონცეფცია, რომლის ნათლად გაგება მნიშვნელოვანია. ამის შესახებ მეტი შეგიძლიათ წაიკითხოთ ინტერნეტში. ასევე შეუძლიასკოლაში ფიზიკის გაკვეთილებზე სწავლა მე-10 კლასში, როგორც ზემოთ ვისაუბრეთ.
