Изучение физики в школе. Обучающие программы.

Выберите, пожалуйста,
интересующую Вас тему:

Введение

Атомная физика

Электромагнетизм

Механика

Теплота и молекулярная физика

Волны

Оптика

Теория относительности

Колебания

Астрономия

>> Электромагнетизм

Описание программы dielek-n

Скачать эту программу 31 Kb

                         Программа 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".