Електричний диполь: суперпозиція двох протилежних зарядів
1 · Прогноз
Додатний і рівний йому від'ємний заряди лежать на фіксованій відстані. У середині між ними їхні поля компенсуються чи додаються?
- Поля точно компенсуються в середині.
- Поля перпендикулярні одне одному й не просто додаються чи компенсуються.
- Поля додаються — обидва заряди штовхають/тягнуть пробний заряд в один бік у середині.
2 · Установка
- Відкрийте пресет диполя та натисніть «Скинути». Заряди ±3 нКл.
- Увімкніть показ напруженості поля в середині.
- Задайте половину відстані між кожним зарядом і серединою для кожного заміру та запишіть напруженість там.
3 · Збір даних
| Половина розділення s (m) | Напруженість у середині E (N/C) |
|---|---|
| 1.00 | |
| 1.60 | |
| 2.50 |
Побудуйте графік напруженості E (вісь y) проти 1/s² (вісь x) для трьох замірів.
4 · Аналіз
- Для одного заміру обчисліть E = 2kq/s² з k = 8.99×10⁹ N·m²/C², q = 3 нКл. Порівняйте з таблицею.
- Поясніть, звідки береться множник 2: у середині поле додатного заряду назовні та поле від'ємного заряду всередину вказують один бік, тож їхні модулі додаються, а не компенсуються.
5 · Поглиблення
- Далеко від диполя (відстань набагато більша за розділення) поле спадає ще швидше за 1/r² — ближче до 1/r³ — бо поля двох зарядів майже компенсуються. Поясніть, чому майже досконала компенсація на великій відстані робить поле слабшим за поле одного точкового заряду.
- Молекули води поводяться як крихітні електричні диполі (один бік трохи додатний, інший трохи від'ємний). Поясніть, чому ця дипольна природа допомагає воді розчиняти йонні сполуки, як сіль.
Фізика цього експерименту
Суперпозиція в середині диполя
Чисте поле від двох зарядів — це векторна сума індивідуальних полів кожного (суперпозиція). У середині диполя поле додатного заряду вказує від нього, а поле від'ємного — до нього, обидва в один бік, тож вони додаються: E = 2kq/s².