ثنائي القطب الكهربائي: تراكب شحنتين متعاكستين

1 · توقّع

شحنة موجبة وأخرى سالبة مساوية تفصلهما مسافة ثابتة. عند المنتصف بينهما، هل يلغي مجالاهما بعضهما أم يجتمعان؟

2 · التجهيز

  1. افتح تجربة ثنائي القطب واضغط إعادة. الشحنتان ±3 nC.
  2. فعّل قراءة شدة المجال عند المنتصف.
  3. اضبط نصف مسافة الفصل بين كل شحنة والمنتصف لكل تجربة، وسجل شدة المجال هناك.

3 · اجمع البيانات

نصف الفصل s (m)شدة المجال عند المنتصف E (N/C)
1.00
1.60
2.50

ارسم شدة المجال E (المحور y) مقابل 1/s² (المحور x) لتجاربك الثلاث.

4 · حلّل

  1. لمحاولة واحدة، احسب E = 2kq/s² باستخدام k = 8.99×10⁹ N·m²/C² و q = 3 nC. قارن بالجدول.
  2. اشرح لماذا يظهر عامل 2: عند المنتصف، مجال الشحنة الموجبة إلى الخارج ومجال السالبة إلى الداخل يشيران إلى الاتجاه نفسه، فتجتمع مقدرتاهما بدل التلاغي.

5 · وسّع

  1. بعيدًا عن ثنائي القطب (مسافة أكبر بكثير من الفصل)، يهبط المجال أسرع من 1/r² — قرب 1/r³ — لأن مجالي الشحنتين يتلاغيان تقريبًا. اشرح لماذا يجعل التلاغي شبه التام عند المسافات الكبيرة المجال أضعف من مجال شحنة نقطية مفردة.
  2. تتصرف جزيئات الماء كثنائيات أقطاب كهربائية دقيقة (جانب موجب قليلًا وآخر سالب قليلًا). اشرح لماذا تساعد هذه الطبيعة الثنائية الماءَ على إذابة المركبات الأيونية كالملح.

الفيزياء خلف هذه التجربة

التراكب عند منتصف ثنائي القطب

المجال الصافي من شحنتين هو المجموع المتجهي لمجال كل منهما على حدة (التراكب). عند منتصف ثنائي القطب، يشير مجال الشحنة الموجبة مبتعدًا عنها ويشير مجال الشحنة السالبة نحوها — كلاهما في الاتجاه نفسه — فيجتمعان: E = 2kq/s².

← عودة إلى التجربة