دوقطبی الکتریکی: برهمنهی دو بار مخالف
1 · پیشبینی
بار مثبت و منفیِ برابرش در فاصلهٔ ثابتی نشستهاند. در میانهٔ میانشان، میدانهایشان همدیگر را خنثی میکنند یا جمع؟
- میدانها در میانه دقیقاً خنثی میشوند.
- میدانها بر هم عمودند و ساده جمع یا خنثی نمیشوند.
- میدانها جمع میشوند — هر دو بار بارِ آزمایشی را در نقطهٔ میانی به همان جهت میرانند/میکشند.
2 · آمادهسازی
- پیشتنظیم دوقطبی را باز کنید و Reset بزنید. بارها ±3 nC هستند.
- قرائت شدت میدان را در نقطهٔ میانی فعال کنید.
- برای هر آزمایش، نیمفاصلهٔ میان هر بار و نقطهٔ میانی را تنظیم کنید و شدت میدان آنجا را ثبت کنید.
3 · گردآوری داده
| نصف فاصله s (m) | شدت میدان در میانه E (N/C) |
|---|---|
| 1.00 | |
| 1.60 | |
| 2.50 |
برای سه آزمایش، شدت میدان E (محور y) را بر حسب 1/s² (محور x) رسم کنید.
4 · تحلیل
- برای یک آزمایش، E = 2kq/s² را با k = 8.99×10⁹ N·m²/C² و q = 3 nC حساب کنید. با جدول مقایسه کنید.
- توضیح دهید چرا ضریب 2 پدید میآید: در نقطهٔ میانی، میدان روبهبیرونِ بار مثبت و میدان روبهدرونِ بار منفی همجهتاند، پس اندازههایشان جمع میشود نه خنثی.
5 · گسترش
- دور از دوقطبی (فاصلهٔ خیلی بزرگتر از جدایی)، میدان حتی تندتر از 1/r² میافتد — نزدیک 1/r³ — چون میدان دو بار تقریباً خنثی میشود. توضیح دهید چرا این خنثیشدگیِ تقریباً کامل در فاصلهٔ دور، میدان را از میدان یک بار نقطهایِ تنها ضعیفتر میکند.
- مولکولهای آب همچون دوقطبیهای الکتریکی ریز رفتار میکنند (سمتی کمی مثبت، سمتی کمی منفی). توضیح دهید چرا این ماهیت دوقطبی به آب کمک میکند ترکیبهای یونی مثل نمک را حل کند.
فیزیک پشت این آزمایش
برهمنهی در میانهٔ دوقطبی
میدان خالص دو بار، جمع برداری میدان تکتک آنهاست (برهمنهی). در میانهٔ دوقطبی، میدان بار مثبت از آن دور و میدان بار منفی به سمت آن است — هر دو در یک جهت — پس جمع میشوند: E = 2kq/s².