DET loviCoulomb er en vigtig fysiklov, der siger, at den elektrostatiske kraft mellem to elektriske ladninger er proportionalt med modulet for de elektriske ladninger og omvendt proportionalt med kvadratet for den afstand, som adskiller.
Coulombs lov og elektriske kraft
Charles Augustin i Coulomb (1736-1806) var en fransk fysiker, der var ansvarlig for at bestemme loven, der beskriver kraften i interaktion mellem elektriske ladninger. Til dette formål brugte Charles Coulomb en torsionsbalancesvarende til skalaen, der blev brugt af Henry Cavendish for at bestemme konstanten af universel tyngdekraft.
O eksperimentelt apparat brugt af Coulomb bestod af en metallisk stang, der var i stand til at rotere, som, når den blev ladet, blev frastødt af en lille metallisk kugle, der var ladet med elektriske ladninger af det samme tegn. Figuren nedenfor viser et skematisk billede af torsionsbalancen, som fysikeren bruger:
Torsionsbalancen blev brugt af Coulomb til at bestemme loven om interaktion mellem elektriske ladninger.
Coulombs lovformel
Ifølge dens lov er kraften mellem to elektrisk ladede partikler direkte proportional med størrelsen af deres ladninger og er omvendt proportional med kvadratet for afstanden imellem dem. Nedenfor præsenterer vi matematisk formel beskrevet af Coulombs lov:
F - elektrostatisk kraft (N)
k0 - dielektrisk vakuumkonstant (N.m² / C²)
Spørgsmål - elektrisk ladning (C)
hvad - test elektrisk ladning (C)
d - afstand mellem ladninger (m)
I formlen ovenfor, k0 er en proportionalitetskonstant kaldet den elektrostatiske vakuumkonstant, dens modul er ca. 9,0.109 N.m² / C².Også, vi ved, at masser af signalligefrastøde mens masser af signalermodsætninger tiltrækkes, som vist i nedenstående figur:
Afgifter af ligetegn afviser, og afgifter af modsatte tegn tiltrækker.
Se også: Hvad er elektricitet?
Det er værd at bemærke, at selv om belastningerne har forskellige moduler, er tiltrækningskraften mellem dem lige, da ifølge Newtons 3. lov - loven om handling og reaktion - den kraft, som anklagerne udgør mod hinanden, er lige i modul. Disse findes i sammeretningdog i sanser modsætninger.
Kvindens hår i figuren er fyldt med ladning af det samme tegn og afviser derfor hinanden.
En vigtig egenskab ved elektrisk kraft er, at den er en Vector storheddet vil sige, det kan skrives ved hjælp af vektorer. Vektorerne er orienterede straights den nuværende modul, retning og følelse. Derfor, i tilfælde hvor to eller flere elektriske kraftvektorer ikke er parallelle eller modsatte, er det nødvendigt at anvende reglerne for vektor sum, for at beregne den elektriske nettokraft på et legeme eller en partikel.
Se også: Hvad er et elektrisk felt?
Coulombs lovgraf
Coulombs lov siger, at den elektriske kraft mellem to ladede partikler er omvendt proportional med kvadratet for afstanden mellem dem. Således, hvis to elektriske ladninger er på afstand dog kommer til at mødes ved halvdelen af denne afstand (d / 2), skal den elektriske kraft mellem dem øges med fire gange (4F):
Hvis vi reducerer afstanden mellem to ladninger med halvdelen, øges den elektriske kraft mellem dem med fire gange.
Tjek en tabel, der viser forholdet mellem elektrisk kraft mellem to belastninger af modul q, når de adskilles af forskellige afstande:
elektrisk strømmodul |
Afstand mellem opladninger |
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 |
5d |
Ved at sætte Coulombs lov i form af en graf over kraft versus afstand har vi følgende form:
Eksempler på Coulombs lov
1) To elektrisk ladede partikler med ladninger på 1,0 μC og 2,0 mC adskilles i vakuum i en afstand på 0,5 m. Bestem størrelsen af den elektriske kraft, der findes mellem opladningerne.
Løsning:
Lad os bruge Coulombs lov til at beregne størrelsen på den elektriske kraft, der virker på ladningerne:
2) To-punktspartikler, der er ladet med identiske elektriske ladninger og af modul q, adskilles i en afstand d. Derefter fordobles (2q) modulet for en af belastningerne, tredobles modulet for den anden (3q) og ændres afstanden mellem belastningerne til en tredjedel af den oprindelige afstand mellem dem (d / 3). Bestem forholdet mellem de oprindelige og endelige elektriske kræfter, der findes mellem ladningerne.
Løst øvelser om Coulombs lov
1) To ladede partikler med identiske elektriske ladninger q, understøttet af uforlængelige ledninger og ubetydelig masse, er i en balance mellem kræfter, som i nedenstående figur:
Hvis m = 0,005 kg er massen af hver af partiklerne, skal du bestemme:
Data:
g = 10 m / s²
k0 = 9.109 N.m² / C²
a) modulet til den elektriske frastødningskraft, der virker på belastningerne
b) modulet for de elektriske ladninger af partiklerne.
Løsning:
a) For at beregne modulet for den elektriske kraft mellem partiklerne er det nødvendigt at bemærke følgende lighed mellem vinklerne, observer figuren:
Vi kan sige, at tangenten for vinklen θ af de to trekanter (hvis sider er dannet af afstandene 4 og 3 og F og P) er ens, og så gør vi følgende beregning:
b) Efter at have beregnet den elektriske kraft mellem ladningerne er det muligt at bestemme dens modul, da ladningerne er identiske:
Af mig Rafael Helerbrock