Выберите, пожалуйста, |
Описание программы dielek-nПрограмма dielek-n. Программа предназначена для помощи учителю при объяснении темы "Ди- электрики в электрическом поле" -той ее части, которая посвящена непо- лярным диэлектрикам. Полярные диэлектрики рассматриваются в программе dielek-p. После запуска программы на экране появляется изображение модели атома гелия по Резерфорду как пример одноатомной неполярной молекулы. Крупные титры со стрелками-указателями отмечают центр положительного заряда (в центре ядра) и общий центр отрицательного заряда - двух электронов, вращающихся по орбите вокруг ядра, который оказывается там же, где и центр положительного заряда. Учитель сообщает, что такие мо- лекулы, в которых совпадают центры положительного и отрицательного за- рядов, называются неполярными, а диэлектрик, состоящий из таких моле- кул - неполярным. Последовательно нажимая на любую клавишу, можно продемонстрировать, что если такая молекула окажется во внешнем электрическом поле, то электронные орбиты деформируются, а центры положительного и отрица- тельного зарядов сместятся в противоположные стороны. Такое явление называется поляризацией молекулы. Теперь ее можно считать диполем. Учитель отмечает, что дипольный момент появляется у такой молекулы лишь под влиянием внешнего поля; в его отсутствии дипольный момент ра- вен нулю. Далее преподаватель рассказывает, что если вещество состоит из мо- лекул неполярного типа, то оно является неполярным диэлектриком (нап- ример, все инертные газы, кислород, водород, полиэтилен). При отсутс- твии внешнего электрического поля молекулы куска такого вещества непо- ляризованы, электроны вращаются по своим недеформированным орбитам, центры положительных и отрицательных зарядов у каждой молекулы совпа- дают. Любой макроскопический объем, выделенный мысленно в таком диэ- лектрике, не имеет заряда(электрически нейтрален). Чтобы продемонстри- ровать описанную ситуацию, вводят в компьютер значение напряженности, равное нулю , после того, как на экране появится приглашение ввести напряженность внешнего электрического поля. Если при демонстрации кар- тинки нажать клавиши, вводящие латинские буквы "i" или "o", то внутри диэлектрика окажется выделен некоторый объем (каждая клавиша произво- дит выделение в своем месте), в котором,как можно убедиться, положи- тельные и отрицательные заряды в среднем компенсированы. Для продолже- ния следует нажать любую клавишу. Под картинкой видна надпись:"Для выхода из программы введите "q", для изменения напряженности внешнего поля - нажмите любую клавишу". Выполняем требуемое действие. Если теперь ввести значение напряженности,отличное от нуля(но не более 350 условных единиц), то можно наблюдать изменение картины: мо- лекулы поляризуются и притом тем сильнее, чем больше значение напря- женности внешнего электрического поля. Хотя и теперь в любом мысленно выделенном макроскопическом объеме внутри куска заряд равен нулю (в этом убеждаемся, снова используя клавиши "i" и "о"), но на поверхнос- тях диэлектрика там, куда входят и откуда выхолят силовые линии внеш- него поля, оказываются с одной стороны положительные концы диполей, а с другой - отрицательные. Таким образом, на этих поверхностях появля- ются связанные заряды, которые нельзя переместить (они являются частью нерушимой молекулы!); диэлектрик в таком состоянии называется поляри- зованным. Между этими зарядами внутри диэлектрика возникает поле, си- ловые линии которого направлены от связанных положительного заряда к отрицательному. На картинке эти силовые линии изображаются зелеными пунктирными линиями со стрелками. Ученики видят, что направление внут- реннего поля противоположно внешнему. Поэтому суммарное поле внутри диэлектрика оказывается ослаблено. Учитель сообщает, что величина, по- казывающая, во сколько раз ослабляется поле в однородном протяженном диэлектрике, называется его диэлектрической проницаемостью. Чем больше напряженность внешнего поля, тем сильнее поляризуется диэлектрик. Мы показываем это вводя все большие значения напряженнос- ти. Программа предусматривает возможность ввести чрезмерно большую нап- ряженность - больше, чем электрическая прочность данного диэлектрика, равная 350 условным единицам, и показать превращение изолятора в про- водник с хаотически движущимися свободными зарядами и отсутствием поля внутри него - при равновесии зарядов. (Предварительно учитель должен дать определение электрической прочности как максимальной напряженнос- ти, при которой диэлектрик еще не превращается в проводник). Для выхода из программы надо нажать клавишу "Esc". |