DAS RechtimCoulomb ist ein wichtiges physikalisches Gesetz, das besagt, dass die elektrostatische Kraft zwischen zwei elektrischen Ladungen proportional zum Modul der elektrischen Ladungen und umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstands, den die trennt.
Coulombsches Gesetz und elektrische Kraft
Karl Augustin im Coulomb (1736-1806) war ein französischer Physiker, der für die Bestimmung des Gesetzes verantwortlich war, das die Wechselwirkungskraft zwischen elektrischen Ladungen beschreibt. Zu diesem Zweck verwendete Charles Coulomb a Torsionswaage, ähnlich der Skala, die von verwendet wurde Henry Cavendish um die Konstante von zu bestimmen Universale Gravitation.
Ö Versuchsapparatur Coulomb verwendete einen metallischen Stab, der sich drehen konnte, der, wenn er aufgeladen wurde, von einer kleinen metallischen Kugel abgestoßen wurde, die mit elektrischen Ladungen des gleichen Vorzeichens geladen war. Die folgende Abbildung zeigt eine schematische Darstellung der Torsionswaage, die der Physiker verwendet:
Die Torsionswaage wurde von Coulomb verwendet, um das Wechselwirkungsgesetz zwischen elektrischen Ladungen zu bestimmen.
Coulombsche Gesetzformel
Nach seinem Gesetz ist die Kraft zwischen zwei elektrisch geladenen Teilchen direkt proportional zur Größe ihrer Ladung und umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstands zwischen ihnen. Nachfolgend stellen wir die mathematische Formel beschrieben durch das Coulombsche Gesetz:
F — elektrostatische Kraft (N)
k0 — dielektrische Vakuumkonstante (N.m²/C²)
Q — elektrische Ladung (C)
Was — elektrische Ladung prüfen (C)
d — Entfernung zwischen den Ladungen (m)
In der obigen Formel gilt k0 ist eine Proportionalitätskonstante, die als elektrostatische Vakuumkonstante bezeichnet wird, ihr Modul beträgt ungefähr 9,0.109 Nm²/C².Außerdem wissen wir, dass jede Menge Signalgleichabstoßen während jede Menge SignaleGegensätze ziehen sich an, wie in der folgenden Abbildung gezeigt:
Ladungen mit gleichem Vorzeichen stoßen ab und Ladungen mit entgegengesetztem Vorzeichen ziehen sich an.
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Es ist erwähnenswert, dass, auch wenn die Lasten unterschiedliche Module haben, die Anziehungskraft zwischen ihnen gleich ist, da gemäß der Newtons 3. Gesetz – das Gesetz von Aktion und Reaktion — die Kraft, die die Anklagen gegeneinander ausüben, ist gleich im Modul. Diese finden Sie im gleichRichtung, jedoch in Sinne Gegensätze.
Das Haar der Frau in der Figur ist mit Ladung des gleichen Zeichens geladen und stößt sich daher gegenseitig ab.
Eine wichtige Eigenschaft der elektrischen Kraft ist, dass sie a Vektorgröße, das heißt, es kann mit Vektoren geschrieben werden. Die Vektoren sind orientierte Geraden das präsent Modul, Richtung und Sinn. In Fällen, in denen zwei oder mehr elektrische Kraftvektoren nicht parallel oder entgegengesetzt sind, müssen daher die Regeln von Vektorsumme, um die elektrische Nettokraft auf einen Körper oder ein Teilchen zu berechnen.
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Coulombsches Gesetz Graph
Das Coulombsche Gesetz besagt, dass die elektrische Kraft zwischen zwei geladenen Teilchen umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstands zwischen ihnen. Wenn also zwei elektrische Ladungen einen Abstand haben d, und treffen Sie sich in halber Entfernung (d/2),die elektrische Kraft zwischen ihnen sollte um das Vierfache erhöht werden (4F):
Verringern wir den Abstand zwischen zwei Ladungen um die Hälfte, erhöht sich die elektrische Kraft zwischen ihnen um das Vierfache.
Sehen Sie sich eine Tabelle an, die die elektrische Kraftbeziehung zwischen zwei Lasten des Moduls q zeigt, wenn sie durch unterschiedliche Abstände getrennt sind:
elektrisches Leistungsmodul |
Entfernung zwischen den Gebühren |
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 |
Setzen wir das Coulomb-Gesetz in Form eines Kraft-Abstands-Graphen um, erhalten wir die folgende Form:
Beispiele für das Coulombsche Gesetz
1) Zwei elektrisch geladene Teilchen mit Ladungen von 1,0 μC und 2,0 mC werden im Vakuum im Abstand von 0,5 m getrennt. Bestimmen Sie die Größe der elektrischen Kraft zwischen den Ladungen.
Auflösung:
Lassen Sie uns das Coulomb-Gesetz verwenden, um die Größe der elektrischen Kraft zu berechnen, die auf Ladungen wirkt:
2) Zwei mit gleicher elektrischer Ladung geladene Punktteilchen mit dem Modul q sind im Abstand d voneinander getrennt. Dann verdoppeln (2q) den Modul einer der Lasten, verdreifachen den Modul der anderen (3q) und ändern den Abstand zwischen den Lasten auf ein Drittel des anfänglichen Abstands zwischen ihnen (d/3). Bestimmen Sie das Verhältnis zwischen den anfänglichen und endgültigen elektrischen Kräften, die zwischen den Ladungen bestehen.
Gelöste Übungen zum Coulombschen Gesetz
1) Zwei geladene Teilchen mit identischer elektrischer Ladung q, getragen von nicht dehnbaren Drähten und vernachlässigbarer Masse, befinden sich in einem Kräftegleichgewicht, wie in der folgenden Abbildung gezeigt:
Wenn m = 0,005 kg die Masse jedes der Teilchen ist, bestimmen Sie:
Daten:
G = 10 m/s²
k0 = 9.109 Nm²/C²
a) das Modul der auf die Lasten wirkenden elektrischen Abstoßungskraft;
b) das Modul der elektrischen Ladungen der Teilchen.
Auflösung:
a) Um den Modul der elektrischen Kraft zwischen den Teilchen zu berechnen, ist folgende Winkelähnlichkeit zu beachten, siehe Abbildung:
Wir können sagen, dass der Tangens des Winkels θ der beiden Dreiecke (deren Seiten durch die Abstände 4 und 3 und F und P gebildet werden) gleich ist, und führen die folgende Berechnung durch:
b) Nach der Berechnung des Moduls der elektrischen Kraft zwischen den Ladungen ist es möglich, seinen Modul zu bestimmen, da die Ladungen identisch sind:
Von mir. Rafael Helerbrock