電気双極子：反対符号の二つの電荷の重ね合わせ

1 · 予測

正電荷と、それと等しい負電荷が一定距離だけ離れている。二つの中点では、電場は打ち消し合うか、それとも加わるか？

• 電場は中点で正確に打ち消し合う。
• 電場は互いに垂直で、単純に加算も相殺もされない。
• 電場は加わる — 中点で、両方の電荷が試験電荷を同じ方向へ押す／引く。

2 · 準備

1. dipole プリセットを開き、「リセット」を押す。電荷は ±3 nC である。
2. 中点での電場強度表示を有効にする。
3. 各試行について、各電荷と中点の間の半距離を設定し、その場所の電場強度を記録する。

3 · データ収集

3回の試行について、電場強度 E（縦軸）を 1/s²（横軸）に対してプロットする。

4 · 分析

1. 1回の試行について、k = 8.99×10⁹ N·m²/C²、q = 3 nC を用いて E = 2kq/s² を計算する。表と比較する。
2. 係数 2 が現れる理由を説明する。中点では、正電荷から外向きの電場と負電荷へ向かう電場が同じ方向を向くため、大きさは相殺せず加わる。

5 · 発展

1. 双極子から遠い場所（距離が電荷間隔よりはるかに大きい場所）では、電場は 1/r² よりさらに速く、1/r³ に近い割合で減少する。これは二つの電荷の電場がほぼ相殺するためである。遠距離でほぼ完全に相殺すると、単一の点電荷より電場が弱くなる理由を説明する。
2. 水分子は小さな電気双極子（片側がわずかに正、もう片側がわずかに負）として振る舞う。この双極子性が、水に塩のようなイオン化合物を溶かしやすくする理由を説明する。

この実験の物理

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