Al estudiar física en el grado 10, se considera el tema de los dipolos. ¿Qué significa este concepto y qué fórmulas se utilizan para calcularlo?
Introducción
Si colocas un dipolo en el espacio de un campo eléctrico uniforme, puedes representarlo como líneas de fuerza. Un dipolo es un sistema en el que hay dos cargas que son idénticas en parámetros, pero son cargas puntuales opuestas. Además, la distancia entre ellos será mucho menor que la distancia a cualquier punto del campo dipolar. El concepto de momento dipolar se estudia en el curso escolar de electrodinámica (Grado 10).
El eje del dipolo es una recta que pasa por los puntos de ambas cargas. Un brazo de dipolo es un vector que conecta una carga y al mismo tiempo va de partículas cargadas negativamente a partículas cargadas positivamente. Un dipolo eléctrico se caracteriza por la presencia de un estado como dipolo o momento eléctrico.
Por definición, un momento dipolar es un vector que es numéricamente igual al producto de la carga del dipolo y su brazo. Además, está codirigido con el hombro del dipolo. En igualdad cero de la suma de fuerzas, calculamos el valor del momento. Para el ángulo que existe entre el momento dipolar ydireccionalidad del campo eléctrico, es característica la presencia de un momento mecánico.
A menudo, a las personas les resulta difícil calcular el módulo que actúa sobre la estructura del dipolo. Aquí es necesario tener en cuenta las peculiaridades del cálculo del ángulo "Alfa". Se sabe que el dipolo se desvía de la posición equilibrada. Pero el momento dipolar en sí tiene un carácter restaurador, ya que tiende a estar en movimiento.
Cálculos
Cuando este momento dipolar se coloca en medio de un campo eléctrico no homogéneo, surge inevitablemente una fuerza. En tal entorno, los indicadores de la suma de fuerzas no serán cero. En consecuencia, existen fuerzas que actúan sobre el momento dipolar con carácter puntual. El tamaño del brazo del dipolo es mucho más pequeño.
La fórmula se puede escribir así: F=q (E2 - E1)=qdE, donde d es el campo eléctrico diferencial.
Buscar las características del concepto físico objeto de estudio
Veamos un poco más el tema. Para determinar cuál es la característica del campo eléctrico, si se crea utilizando un sistema de cargas y se localiza en un espacio pequeño, es necesario realizar una serie de cálculos. Un ejemplo lo presentan los átomos y las moléculas, que en su composición tienen núcleos y electrones cargados eléctricamente.
Si es necesario buscar un campo a una distancia mayor que las dimensiones que componen el área donde se encuentran las partículas, utilizaremos una serie de fórmulas exactas de gran complejidad. Es posible usar más simpleexpresiones aproximadas. Supongamos que conjuntos puntuales de cargas qk toman parte en la creación del campo eléctrico. Están ubicados en un espacio pequeño.
Para realizar el cálculo de la característica que tiene el campo, se permite combinar todas las cargas del sistema. Dicho sistema se considera como una carga puntual Q. Los indicadores de magnitud serán la suma de las cargas que había en el sistema original.
Ubicación de los cargos
Imaginemos que la ubicación de la carga está indicada en cualquier lugar donde se encuentra el sistema de cargas qk. Al realizar cambios en la ubicación, si tiene límites expresados en un área pequeña, tal influencia será insignificante, casi imperceptible para el campo en el punto de vista. Dentro de tales límites de aproximación de fuerza y potencial que tiene el campo eléctrico, las determinaciones se realizan mediante fórmulas tradicionales.
Cuando la suma de la carga total del sistema es cero, los parámetros de la aproximación indicada se verán aproximados. Esto da motivos para concluir que el campo eléctrico simplemente está ausente. Si es necesario obtener una aproximación más precisa, reúna mentalmente grupos separados de cargas positivas y negativas del sistema que se está considerando.
En el caso del desplazamiento de sus "centros" en relación con otros, los parámetros de campo en dicho sistema pueden describirse como un campo que tiene dos cargas puntuales, de igual magnitud y signo opuesto. Se nota que están desplazados en relación a los demás. Para proveerPara una caracterización más precisa del sistema de cargas en términos de los parámetros de esta aproximación, será necesario estudiar las propiedades de un dipolo en un campo eléctrico.
Introducción del término
Volvamos a la definición. Un dipolo eléctrico es la definición de un sistema que tiene dos cargas puntuales. Tienen el mismo tamaño y signos opuestos. Además, tales señales están ubicadas a pequeñas distancias en relación con otras señales.
Puedes calcular la característica del proceso que se crea por medio de un dipolo, y está representado por dos cargas puntuales: +q y −q, y están ubicadas a una distancia relativa a las demás.
Secuencia de cálculos
Empecemos por calcular el potencial y la intensidad que tiene el dipolo en su superficie axial. Esta es una línea recta que corre entre dos cargas. Siempre que el punto A esté situado a una distancia igual a r con respecto a la parte central del dipolo, y si es r >> a, según el principio de superposición para el potencial de campo en este punto, será racional usa la expresión para calcular los parámetros del dipolo eléctrico.
La magnitud del vector de intensidad se calcula mediante el principio de superposición. Para calcular la intensidad de campo, se utiliza el concepto de relación entre el potencial y la intensidad de campo:
Ex=−Δφ /Δx.
En tales condiciones, la dirección del vector de intensidad se indica longitudinalmente en relación con el eje del dipolo. Para calcular su módulo, se aplica la fórmula estándar.
Importanteaclaraciones
Se debe tener en cuenta que el debilitamiento del campo dipolar eléctrico ocurre más rápido de lo que experimenta una carga puntual. El decaimiento del potencial de campo del dipolo es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia, y la intensidad del campo es inversamente proporcional al cubo de la distancia.
Usando métodos similares, pero más engorrosos, los parámetros del potencial y la intensidad de campo del dipolo se encuentran en puntos arbitrarios, cuyos parámetros de posición se determinan utilizando un método de cálculo como las coordenadas polares: la distancia al centro del dipolo eléctrico (r) y el ángulo (θ).
Cálculo usando el vector de tensión
El concepto de vector de intensidad E se divide en dos puntos:
- Radial (Er), que se dirige en la dirección longitudinal relativa a la línea recta.
- Tal línea recta conecta el punto especificado y el centro del dipolo con la perpendicular a él Eθ.
Esta descomposición de cada componente está dirigida a lo largo del curso del cambio que ocurre con todas las coordenadas del punto a observar. Puede encontrarlo por la relación que relaciona los indicadores de intensidad de campo con las posibles modificaciones.
Al encontrar el componente del vector en la intensidad del campo, es importante establecer la naturaleza de la relación en los cambios potenciales que ocurren debido al desplazamiento del punto de observación en la dirección de los vectores.
Calcular la componente perpendicular
Cuando haya terminadoPara este procedimiento, es importante tener en cuenta que la expresión de la magnitud en un pequeño desplazamiento perpendicular se determinará cambiando el ángulo: Δl=rΔθ. Los parámetros de magnitud para esta componente de campo serán iguales.
Habiendo obtenido la relación, es posible determinar el campo del dipolo eléctrico en un punto arbitrario para construir una imagen con las líneas de fuerza de este campo.
Es importante considerar que todas las fórmulas para determinar el potencial y la intensidad de campo de un dipolo operan únicamente sobre el producto de los valores que tiene una carga dipolar y la distancia entre ellos.
Momento dipolar
El título del trabajo descrito es una descripción completa del tipo de propiedades eléctricas. Tiene el nombre de "momento dipolar del sistema".
Por definición de un dipolo, que es un sistema de cargas puntuales, se puede encontrar que se caracteriza por la presencia de simetría axial, cuando el eje es una línea recta que pasa por varias cargas.
Para configurar la característica completa del dipolo, indique la dirección de orientación que tiene el eje. Para simplificar los cálculos, se puede especificar el vector de momento dipolar. El valor de su magnitud es igual a la magnitud del momento dipolar, y el vector director difiere por la coincidencia de éste con el eje del dipolo. Entonces, p=qa si a es la dirección del vector que conecta las cargas negativas y positivas del dipolo.
El uso de tal característica del dipolo es conveniente y permite en la mayoría de los casos simplificar la fórmula y darle la formavector. La descripción del potencial del campo dipolar en un punto de dirección arbitraria se escribe en forma de vector.
La introducción de conceptos tales como el vector característico de un dipolo y su momento dipolar se puede realizar utilizando un modelo simplificado: una carga puntual en un campo uniforme, que incluye un sistema de cargas, cuyas dimensiones geométricas no No hay que tenerlo en cuenta, pero es importante conocer el momento dipolar. Este es un requisito previo para realizar cálculos.
Cómo se comporta un dipolo
El comportamiento de un dipolo se puede ver en el ejemplo de tal situación. La posición de dos cargas puntuales tiene un carácter fijo de distancia entre sí. Se colocaron en las condiciones de un dipolo de campo eléctrico uniforme. Hizo observaciones sobre el proceso. En las lecciones de física (electrodinámica), este concepto se considera en detalle. Del campo a la carga se realiza la acción de fuerzas:
F=±qE
Son iguales en magnitud y opuestas en dirección. El indicador de la fuerza total que actúa sobre el dipolo es cero. Como tal fuerza actúa sobre varios puntos, el momento total será:
M=Fa sen a=qEa sen a=pE sen a
siendo α el ángulo que conecta los vectores de intensidad de campo y los vectores de momento dipolar. Debido a la presencia de un momento de fuerza, el momento dipolar del sistema tiende a volver a las direcciones del vector de intensidad de campo eléctrico.
El dipolo eléctrico es un concepto que es importante entender claramente. Puedes leer más sobre esto en Internet. También puedepara estudiar en lecciones de física en la escuela en el grado 10, como hablamos anteriormente.
