Η ηλεκτρική δύναμη είναι η αλληλεπίδραση έλξης ή απώθησης που δημιουργείται μεταξύ δύο φορτίων λόγω της ύπαρξης ενός ηλεκτρικού πεδίου γύρω από αυτά.
Η ικανότητα ενός φορτίου να δημιουργεί ηλεκτρικές δυνάμεις ανακαλύφθηκε και μελετήθηκε από τον Γάλλο φυσικό Charles Augustin de Coulomb (1736-1806) στα τέλη του 18ου αιώνα.
Γύρω στο 1780, ο Coulomb δημιούργησε την ισορροπία στρέψης και με αυτό το όργανο έδειξε πειραματικά ότι η ένταση της δύναμης είναι άμεσα ανάλογη με την τιμή των ηλεκτρικών φορτίων που αλληλεπιδρούν και αντιστρόφως ανάλογη με το τετράγωνο της απόστασης που χωρίζει.
Τύπος ηλεκτρικής δύναμης
Ο μαθηματικός τύπος, που ονομάζεται επίσης Coulomb's Law, ο οποίος εκφράζει την ένταση της ηλεκτρικής δύναμης είναι:
Στο Διεθνές Σύστημα Μονάδων (SI), η ένταση της ηλεκτρικής δύναμης (F) εκφράζεται σε Newton (N).
Οι όροι που1 και τι2 του τύπου αντιστοιχεί στις απόλυτες τιμές των ηλεκτρικών φορτίων, των οποίων η μονάδα SI είναι coulomb (C), και η απόσταση που διαχωρίζει τα δύο φορτία (r) αντιπροσωπεύεται σε μέτρα (m).
Η σταθερά αναλογικότητας (Κ) εξαρτάται από το μέσο στο οποίο εισάγονται τα φορτία, για παράδειγμα, σε κενό ο όρος αυτός ονομάζεται ηλεκτροστατική σταθερά (Κ0) και η τιμή του είναι 9.109 Νμ2/ΝΤΟ2.
Μάθε περισσότερα γιαΟ νόμος του Coulomb.
Σε τι χρησιμοποιείται ο τύπος ηλεκτρικής δύναμης και πώς να τον υπολογίσετε;
Ο τύπος που δημιούργησε ο Coulomb χρησιμοποιείται για να περιγράψει την ένταση της αμοιβαίας αλληλεπίδρασης μεταξύ των δύο σημείων. Αυτά τα φορτία είναι ηλεκτρικά σώματα των οποίων οι διαστάσεις είναι αμελητέες σε σύγκριση με την απόσταση μεταξύ τους.
Η ηλεκτρική έλξη εμφανίζεται μεταξύ φορτίων που έχουν αντίθετα σημάδια, επειδή η υπάρχουσα δύναμη είναι αυτή της έλξης. Η ηλεκτρική απώθηση συμβαίνει όταν τα φορτία του ίδιου σημείου ενώνονται, καθώς η απωστική δύναμη ενεργεί πάνω τους.
Για τον υπολογισμό της ηλεκτρικής δύναμης τα σήματα του ηλεκτρικά φορτία δεν λαμβάνονται υπόψη, μόνο οι αξίες τους. Δείτε πώς μπορείτε να υπολογίσετε την ηλεκτρική δύναμη με τα ακόλουθα παραδείγματα.
Παράδειγμα 1: Δύο ηλεκτρικά σωματίδια, q1 = 3,0 x 10-6 Γ και q2 = 5.0 x 10-6 C, και αμελητέες διαστάσεις βρίσκονται σε απόσταση 5 cm το ένα από το άλλο. Προσδιορίστε την ισχύ της ηλεκτρικής δύναμης λαμβάνοντας υπόψη ότι βρίσκονται σε κενό. Χρησιμοποιήστε ηλεκτροστατική σταθερά K0 = 9. 109 Νμ2/ΝΤΟ2.
Λύση: Για να βρείτε την ηλεκτρική δύναμη, τα δεδομένα πρέπει να εφαρμόζονται στον τύπο με τις ίδιες μονάδες με την ηλεκτροστατική σταθερά.
Σημειώστε ότι η απόσταση δόθηκε σε εκατοστά, αλλά η σταθερά είναι μετρητής, οπότε το πρώτο βήμα είναι να μετατρέψετε τη μονάδα απόστασης.
Το επόμενο βήμα είναι να αντικαταστήσετε τις τιμές στον τύπο και να υπολογίσετε την ηλεκτρική δύναμη.
Καταλήξαμε στο συμπέρασμα ότι η ένταση της ηλεκτρικής δύναμης που ενεργεί στα φορτία είναι 54 Ν.
Μπορεί επίσης να σας ενδιαφέρειηλεκτροστατική.
Παράδειγμα 2: Η απόσταση μεταξύ των σημείων Α και Β είναι 0,4 m και τα φορτία Q βρίσκονται στα άκρα1 και Q2. Μια τρίτη χρέωση, Q3, εισήχθη σε σημείο που απέχει 0,1 m από το Q1.
Υπολογίστε την καθαρή δύναμη στο Q3 Γνωρίζοντας ότι:
- Ερ1 = 2,0 x 10-6 ΝΤΟ
- Ερ2 = 8,0 x 10-6 ΝΤΟ
- Ερ3 = - 3,0 x 10-6 ΝΤΟ
- κ0 = 9. 109 Νμ2/ΝΤΟ2
Λύση: Το πρώτο βήμα για την επίλυση αυτού του παραδείγματος είναι να υπολογιστεί η ισχύς της ηλεκτρικής δύναμης μεταξύ δύο φορτίων κάθε φορά.
Ας ξεκινήσουμε υπολογίζοντας τη δύναμη έλξης μεταξύ του Q1 και Q3.
Τώρα, υπολογίζουμε τη δύναμη έλξης μεταξύ του Q3 και Q2.
Εάν η συνολική απόσταση μεταξύ της γραμμής είναι 0,4 m και Q3 βρίσκεται 0,1 m από το A, που σημαίνει ότι η απόσταση μεταξύ Q3 και Q2 είναι 0,3 μ.
Από τις τιμές των δυνάμεων έλξης μεταξύ των φορτίων, μπορούμε να υπολογίσουμε την προκύπτουσα δύναμη ως εξής:
Καταλήξαμε στο συμπέρασμα ότι η προκύπτουσα ηλεκτρική δύναμη που Q1 και Q2 ασκήστε στο Q3 είναι 3 Ν.
Για να συνεχίσετε να δοκιμάζετε τις γνώσεις σας, οι παρακάτω λίστες θα σας βοηθήσουν:
- Ο νόμος του Coulomb - Ασκήσεις
- Ηλεκτρικό φορτίο - Ασκήσεις
- Ηλεκτροστατική - Ασκήσεις
