НА законвКулон е важен закон на физиката, който гласи, че електростатичната сила между два електрически заряда е пропорционални на модула на електрическите заряди и обратно пропорционални на квадрата на разстоянието, което отделя.
Законът на Кулон и електрическа сила
Чарлз Огюстин в Кулон (1736-1806) е френски физик, отговорен за определяне на закона, описващ силата на взаимодействие между електрическите заряди. За тази цел Чарлз Кулон използва a торсионна везна, подобно на скалата, използвана от Хенри Кавендиш за да се определи константата на универсална гравитация.
О експериментален апарат използван от Кулон се състои от метален прът, способен да се върти, който при зареждане се отблъсква от малка метална сфера, заредена с електрически заряди от същия знак. Фигурата по-долу показва схема на торсионния баланс, използван от физика:
Торсионният баланс е използван от Кулон за определяне на закона за взаимодействие между електрическите заряди.
Формула на закона на Кулон
Според неговия закон силата между две електрически заредени частици е право пропорционална на големината на техните заряди и е обратно пропорционална на квадрата на разстоянието между тях. По-долу представяме
математическа формула описан от закона на Кулон:
F - електростатична сила (N)
к0 - диелектрична вакуумна константа (N.m² / C²)
Въпрос: - електрически заряд (C)
Какво - изпитвайте електрически заряд (C)
д - разстояние между зарежданията (m)
Във формулата по-горе, к0 е константа на пропорционалност, наречена електростатична вакуумна константа, нейният модул е приблизително 9,0.109 N.m² / C²Освен това знаем, че много сигналравенотблъскване докато товари от сигналипротивоположностите се привличат, както е показано на фигурата по-долу:
Обвиненията за равен знак отблъскват, а зарядите за противоположни знаци се привличат.
Вижте също: Какво е електричество?
Струва си да се отбележи, че дори ако натоварванията имат различни модули, силата на привличане между тях е равна, тъй като според Третият закон на Нютон - законът на действие и реакция - силата, която обвиненията налагат един срещу друг равен в модул. Те се намират в същотопосокаобаче в сетива противоположности.
Косата на жената от фигурата е заредена със заряд от същия знак и следователно се отблъсква.
Важно свойство на електрическата сила е, че тя е Величие на вектор, тоест може да се напише с помощта на вектори. Векторите са ориентирани прави това настояще модул, посока и смисъл. Следователно, в случаите, когато два или повече вектора на електрическа сила не са успоредни или противоположни, е необходимо да се прилагат правилата на векторна сума, за да се изчисли нетната електрическа сила върху тяло или частица.
Вижте също: Какво е електрическо поле?
Графика на закона на Кулон
Законът на Кулон гласи, че електрическата сила между две заредени частици е обратно пропорционално на квадрата на разстоянието между тях. По този начин, ако два електрически заряда са на разстояние д, и елате да се срещнете на половината от това разстояние (г / 2), електрическата сила между тях трябва да се увеличи с четири пъти (4F):
Ако намалим разстоянието между два заряда наполовина, електрическата сила между тях се увеличава с четири пъти.
Вижте таблица, показваща връзката на електрическата сила между две натоварвания с модул q, когато са разделени от различни разстояния:
електрически модул |
Разстояние между таксите |
F / 25 |
г / 5 |
F / 16 |
г / 4 |
F / 9 |
г / 3 |
F / 4 |
г / 2 |
F |
д |
4F |
2г |
9F |
3d |
16F |
4г |
25F |
5 д |
Поставяйки закона на Кулон под формата на графика на сила спрямо разстоянието, имаме следната форма:
Примери за закона на Кулон
1) Две електрически заредени частици със заряди от 1,0 μC и 2,0 mC се разделят във вакуум на разстояние 0,5 m. Определете величината на електрическата сила, съществуваща между зарядите.
Резолюция:
Нека използваме закона на Кулон, за да изчислим величината на електрическата сила, която действа върху зарядите:
2) Две точкови частици, заредени с еднакви електрически заряди и с модул q са разделени на разстояние d. След това удвоете (2q) модула на единия товар, утроете модула на другия (3q) и променете разстоянието между товара до една трета от първоначалното разстояние между тях (d / 3). Определете съотношението между началните и крайните електрически сили, съществуващи между зарядите.
Решени упражнения по закона на Кулон
1) Две заредени частици с еднакви електрически заряди q, поддържани от неразтегаеми проводници и незначителна маса, са в баланс на силите, както е показано на фигурата, показана по-долу:
Ако m = 0,005 kg е масата на всяка от частиците, определете:
Данни:
ж = 10 m / s²
к0 = 9.109 N.m² / C²
а) модулът на електрическата сила на отблъскване, която действа върху товара;
б) модула на електрическите заряди на частиците.
Резолюция:
а) За да се изчисли модулът на електрическата сила между частиците, е необходимо да се забележи следното сходство между ъглите, спазвайте фигурата:
Можем да кажем, че тангенсът на ъгъла θ на двата триъгълника (чиито страни са оформени от разстоянията 4 и 3 и F и P) е равен и затова правим следното изчисление:
б) След изчисляване на модула на електрическата сила между зарядите е възможно да се определи неговият модул, тъй като зарядите са идентични:
От мен Рафаел Хелерброк