Электрический диполь: суперпозиция двух противоположных зарядов
1 · Прогноз
Положительный и равный ему отрицательный заряды стоят на фиксированном расстоянии. В средней точке между ними их поля гасятся или складываются?
- Поля точно гасятся в средней точке.
- Поля перпендикулярны друг другу и не просто складываются или гасятся.
- Поля складываются — оба заряда толкают/тянут пробный заряд в одном направлении в средней точке.
2 · Подготовка
- Откройте пресет диполя и нажмите «Сброс». Заряды ±3 nC.
- Включите показание напряжённости поля в средней точке.
- Задайте половину расстояния между каждым зарядом и средней точкой для каждой пробы и запишите напряжённость там.
3 · Сбор данных
| Половина расстояния s (m) | Напряжённость в средней точке E (N/C) |
|---|---|
| 1.00 | |
| 1.60 | |
| 2.50 |
Постройте напряжённость E (ось y) против 1/s² (ось x) для трёх проб.
4 · Анализ
- Для одной пробы вычислите E = 2kq/s², используя k = 8.99×10⁹ Н·м²/Кл²; q = 3 нКл. Сравните с таблицей.
- Объясните, откуда множитель 2: в средней точке наружное поле положительного заряда и внутреннее поле отрицательного направлены в одну сторону, поэтому их модули складываются, а не гасятся.
5 · Развитие
- Вдали от диполя (расстояние много больше разделения) поле спадает даже быстрее 1/r² — ближе к 1/r³ — потому что поля двух зарядов почти гасятся. Объясните, почему почти идеальное гашение на большом расстоянии делает поле слабее поля одиночного точечного заряда.
- Молекулы воды ведут себя как крошечные электрические диполи (одна сторона чуть положительная, другая чуть отрицательная). Объясните, почему эта дипольность помогает воде растворять ионные соединения вроде соли.
Физика этого эксперимента
Суперпозиция в средней точке диполя
Суммарное поле двух зарядов — векторная сумма их отдельных полей (суперпозиция). В середине между зарядами диполя поле положительного заряда направлено от него, поле отрицательного — к нему; оба — в одну сторону, поэтому они складываются: E = 2kq/s².