Elektrik Dipol: İki Zıt Yükün Üst üste binmesi
1 · Tahmin Et
Pozitif ve eşit bir negatif yük birbirinden sabit bir mesafede bulunur. Aralarındaki orta noktada alanları birbirini götürüyor mu, yoksa toplanıyor mu?
- Alanlar tam olarak orta noktada iptal olur.
- Alanlar birbirine diktir ve basitçe ekleme veya iptal etmez.
- Alanlar eklenir - her iki yük de orta noktada bir test yükünü aynı yönde iter/çeker.
2 · Kurulum
- Dipol ön ayarını açın ve Sıfırla'ya basın. Yükler ±3 nC'dir.
- Orta noktada alan gücü okumasını etkinleştirin.
- Her deneme için her şarj ile orta nokta arasındaki yarı ayırma mesafesini ayarlayın ve alan gücünü buraya kaydedin.
3 · Veri Toplayın
| Yarı ayırma (m) | E orta noktasındaki alan gücü (N/C) |
|---|---|
| 1.00 | |
| 1.60 | |
| 2.50 |
Üç denemeniz için alan kuvveti E'yi (y ekseni) 1/s²'ye (x ekseni) göre çizin.
4 · Analiz et
- Bir deneme için, k = 8.99×10⁹ N·m²/C², q = 3 nC'yi kullanarak E = 2 kq/s²'yi hesaplayın. Tabloyla karşılaştırın.
- Neden 2 faktörünün ortaya çıktığını açıklayın: Orta noktada, pozitif yükün dış alanı ve negatif yükün iç alanı aynı yönü gösterir, dolayısıyla büyüklükleri birbirini götürmek yerine toplanır.
5 · Uzat
- Bir dipolden uzakta (mesafe ayrımdan çok daha büyük), alan 1/r²'den bile daha hızlı düşüyor - 1/r³'e daha yakın - çünkü iki yükün alanları neredeyse birbirini götürüyor. Uzak mesafedeki mükemmele yakın iptalin, alanı neden tek noktalı yükten daha zayıf hale getireceğini açıklayın.
- Su molekülleri küçük elektrik dipolleri gibi davranır (bir tarafı hafif pozitif, bir tarafı hafif negatif). Bu dipol yapısının neden suyun tuz gibi iyonik bileşikleri çözmesine yardımcı olduğunu açıklayın.
Bu Deneyin Arkasındaki Fizik
Dipolün Orta Noktasında Süperpozisyon
İki yükün net alanı, her birinin bireysel alanının (süperpozisyon) vektör toplamıdır. Bir dipolün orta noktasında, pozitif yükün alanı ondan uzağa, negatif yükün alanı ise ona doğru işaret eder - her ikisi de aynı yöndedir - dolayısıyla şunu eklerler: E = 2kq/s².