Dipôle électrique : superposer deux charges opposées
1 · Prédire
Une charge positive et une charge négative égale sont situées à une distance fixe l’une de l’autre. À mi-chemin entre eux, leurs champs s’annulent-ils ou s’additionnent-ils ?
- Les champs s'annulent exactement au milieu.
- Les champs sont perpendiculaires les uns aux autres et ne se contentent pas de s'ajouter ou de s'annuler.
- Les champs s'ajoutent : les deux charges poussent/tirent une charge de test dans la même direction au point médian.
2 · Configurer
- Ouvrez le préréglage dipolaire et appuyez sur Réinitialiser. Les frais sont de ±3 nC.
- Activez la lecture de l’intensité du champ au point médian.
- Définissez la distance de demi-séparation entre chaque charge et le point médian de chaque essai et enregistrez-y l'intensité du champ.
3 · Collecter les Données
| Demi-séparation s (m) | Intensité du champ au point médian E (N/C) |
|---|---|
| 1.00 | |
| 1.60 | |
| 2.50 |
Tracez l'intensité du champ E (axe des y) en fonction de 1/s² (axe des x) pour vos trois essais.
4 · Analyser
- Pour un essai, calculez E = 2kq/s² en utilisant k = 8.99×10⁹ N·m²/C², q = 3 nC. Comparez avec le tableau.
- Expliquez pourquoi le facteur 2 apparaît : au milieu, le champ extérieur de la charge positive et le champ intérieur de la charge négative pointent dans la même direction, donc leurs amplitudes s'ajoutent plutôt qu'elles ne s'annulent.
5 · Approfondir
- Loin d'un dipôle (distance bien supérieure à la séparation), le champ diminue encore plus vite que 1/r² — plus proche de 1/r³ — car les champs des deux charges s'annulent presque. Expliquez pourquoi une annulation presque parfaite à grande distance rendrait le champ plus faible que celui d'une charge ponctuelle.
- Les molécules d’eau se comportent comme de minuscules dipôles électriques (un côté légèrement positif, un côté légèrement négatif). Expliquez pourquoi cette nature dipolaire aide l’eau à dissoudre les composés ioniques comme le sel.
La physique derrière cette expérience
Superposition au milieu d'un dipôle
Le champ net de deux charges est la somme vectorielle du champ individuel de chacune (superposition). Au milieu d'un dipôle, le champ de la charge positive pointe vers lui et le champ de la charge négative pointe vers lui - tous deux dans la même direction - ils ajoutent donc : E = 2kq/s².