THE zákonvCoulomb je důležitý fyzikální zákon, který říká, že elektrostatická síla mezi dvěma elektrickými náboji je úměrné modulu elektrických nábojů a nepřímo úměrné druhé mocnině vzdálenosti, kterou odděluje.
Coulombův zákon a elektrická síla
Charles Augustin v Coulomb (1736-1806) byl francouzský fyzik odpovědný za stanovení zákona popisujícího sílu interakce mezi elektrickými náboji. Za tímto účelem použil Charles Coulomb a torzní rovnováha, podobné měřítku, které používalo Henry Cavendish určit konstantu univerzální gravitace.
Nepřestávejte... Po reklamě je toho víc;)
Ó experimentální zařízení Používaný Coulombem sestával z kovové tyče schopné otáčení, která, když byla nabitá, byla odrazena malou kovovou koulí nabitou elektrickými náboji stejného znaménka. Obrázek níže ukazuje schéma torzní rovnováhy používané fyzikem:
Torzní rovnováhu použil Coulomb k určení zákona interakce mezi elektrickými náboji.
Coulombův zákon
Podle jeho zákona je síla mezi dvěma elektricky nabitými částicemi přímo úměrná velikosti jejich nábojů a je nepřímo úměrná druhé mocnině vzdálenosti mezi nimi. Níže uvádíme
matematický vzorec popsaný Coulombovým zákonem:
F - elektrostatická síla (N)
k0 - dielektrická vakuová konstanta (N.m² / C²)
Q - elektrický náboj (C)
co - zkouška elektrického náboje (C)
d - vzdálenost mezi náboji (m)
Ve výše uvedeném vzorci k0 je konstanta proporcionality nazývaná elektrostatická vakuová konstanta, její modul je přibližně 9,0.109 N.m² / C²Také víme, že spousty signálrovnat seodrazit zatímco spousta signályprotiklady se přitahují, jak je znázorněno na následujícím obrázku:
Poplatky se stejným znaménkem odpuzují a poplatky za opačná znaménka přitahují.
Podívejte se taky: Co je to elektřina?
Stojí za zmínku, že i když mají zátěže různé moduly, přitažlivá síla mezi nimi je stejná, protože podle Newtonův třetí zákon - zákon z akce a reakce - síla, kterou proti sobě vznáší obvinění, je rovnat se v modul. Ty se nacházejí v stejnýsměr, nicméně, v smysly protiklady.
Vlasy ženy na obrázku jsou nabité nábojem stejného znaménka, a proto se navzájem odpuzují.
Důležitou vlastností elektrické síly je, že je a Vektorové velikosti, to znamená, že jej lze zapsat pomocí vektorů. Vektory jsou orientované rovinky ten dárek modul, směr a smysl. Proto v případech, kdy dva nebo více vektorů elektrické síly nejsou rovnoběžné nebo protilehlé, je nutné dodržovat pravidla vektorový součet, za účelem výpočtu čisté elektrické síly na těleso nebo částice.
Podívejte se taky: Co je to elektrické pole?
Coulombův zákon
Coulombův zákon říká, že elektrická síla mezi dvěma nabitými částicemi je obráceně úměrný druhé mocnině vzdálenosti mezi nimi. Pokud jsou tedy dva elektrické náboje ve vzdálenosti d, a přijďte se setkat v polovině této vzdálenosti (d / 2), elektrická síla mezi nimi musí být zvýšena čtyřikrát (4F):
Pokud zmenšíme vzdálenost mezi dvěma náboji o polovinu, elektrická síla mezi nimi se zvýší čtyřikrát.
Podívejte se na tabulku zobrazující vztah elektrických sil mezi dvěma zatíženími modulu q, pokud jsou odděleny různými vzdálenostmi:
elektrický napájecí modul |
Vzdálenost mezi náboji |
F / 25 |
d / 5 |
F / 16 |
d / 4 |
F / 9 |
d / 3 |
F / 4 |
d / 2 |
F |
d |
4F |
2d |
9F |
3d |
16F |
4d |
25F |
5 d |
Když dáme Coulombův zákon ve formě grafu síly proti vzdálenosti, máme následující formu:
Příklady Coulombova zákona
1) Ve vzdálenosti 0,5 m se ve vakuu oddělí dvě elektricky nabité částice s náboji 1,0 μC a 2,0 mC. Určete velikost elektrické síly existující mezi náboji.
Řešení:
Použijme Coulombův zákon k výpočtu velikosti elektrické síly, která působí na náboje:
2) Dva bodové částice nabité stejnými elektrickými náboji a modulem q jsou odděleny ve vzdálenosti d. Poté zdvojnásobte (2q) modul jednoho ze zatížení, ztrojnásobte modul druhého (3q) a změňte vzdálenost mezi zatíženími na jednu třetinu počáteční vzdálenosti mezi nimi (d / 3). Určete poměr mezi počáteční a konečnou elektrickou silou mezi náboji.
Vyřešená cvičení na Coulombův zákon
1) Dvě nabité částice se stejnými elektrickými náboji q, podporované neroztažitelnými dráty a zanedbatelnou hmotností, jsou v rovnováze sil, jako na obrázku níže:
Pokud m = 0,005 kg je hmotnost každé z částic, určete:
Data:
G = 10 m / s²
k0 = 9.109 N.m² / C²
a) modul elektrické odpudivé síly, který působí na zátěž;
b) modul elektrických nábojů částic.
Řešení:
a) Pro výpočet modulu elektrické síly mezi částicemi je nutné si všimnout následující podobnosti mezi úhly, sledujte obrázek:
Můžeme říci, že tečna úhlu θ dvou trojúhelníků (jejichž strany jsou tvořeny vzdálenostmi 4 a 3 a F a P) je stejná, a proto provedeme následující výpočet:
b) Po výpočtu modulu elektrické síly mezi náboji je možné určit jeho modul, protože náboje jsou identické:
Podle mě. Rafael Helerbrock
