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.
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. Níže uvedený obrázek 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 vznášejí 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. Jsou-li tedy dva elektrické náboje ve vzdálenosti d, a přijďte se setkat v polovině této vzdálenosti (d / 2), elektrická síla mezi nimi by měla 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
