Elektrischer Dipol: Überlagerung zweier entgegengesetzter Ladungen

1 · Vorhersagen

Eine positive und eine gleich große negative Ladung haben einen festen Abstand voneinander. In der Mitte dazwischen heben sich ihre Felder auf oder addieren sie sich?

• Die Felder heben sich genau in der Mitte auf.
• Die Felder stehen senkrecht zueinander und können nicht einfach hinzugefügt oder aufgehoben werden.
• Die Felder addieren sich – beide Ladungen drücken/ziehen eine Testladung in der Mitte in die gleiche Richtung.

2 · Aufbauen

1. Öffnen Sie das Dipol-Preset und drücken Sie Zurücksetzen. Die Ladungen betragen ±3 nC.
2. Aktivieren Sie die Feldstärkeanzeige in der Mitte.
3. Stellen Sie für jeden Versuch den halben Abstand zwischen jeder Ladung und dem Mittelpunkt ein und notieren Sie dort die Feldstärke.

3 · Daten sammeln

Tragen Sie die Feldstärke E (y-Achse) gegen 1/s² (x-Achse) für Ihre drei Versuche auf.

4 · Auswerten

1. Berechnen Sie für einen Versuch E = 2kq/s² mit k = 8.99×10⁹ N·m²/C², q = 3 nC. Vergleichen Sie mit der Tabelle.
2. Erklären Sie, warum der Faktor 2 erscheint: In der Mitte zeigen das äußere Feld der positiven Ladung und das innere Feld der negativen Ladung in die gleiche Richtung, sodass sich ihre Größen addieren und nicht aufheben.

5 · Vertiefen

1. Weit entfernt von einem Dipol (der Abstand ist viel größer als der Ladungsabstand), fällt das Feld sogar schneller ab als 1/r² – näher an 1/r³ –, weil sich die Felder der beiden Ladungen fast aufheben. Erklären Sie, warum eine nahezu vollständige Auslöschung bei großer Entfernung das Feld schwächer machen würde als das Feld einer einzelnen Punktladung.
2. Wassermoleküle verhalten sich wie winzige elektrische Dipole (eine Seite leicht positiv, eine Seite leicht negativ). Erklären Sie, warum diese Dipolnatur dazu beiträgt, dass Wasser ionische Verbindungen wie Salz auflöst.

Die Physik hinter diesem Experiment

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