Ο νόμοςσεΚουλόμβ είναι ένας σημαντικός νόμος της φυσικής που δηλώνει ότι η ηλεκτροστατική δύναμη μεταξύ δύο ηλεκτρικών φορτίων είναι ανάλογη με τη μονάδα των ηλεκτρικών φορτίων και αντιστρόφως ανάλογη με το τετράγωνο της απόστασης που το χωρίζει.
Ο νόμος και η ηλεκτρική δύναμη του Coulomb
Τσαρλς Αυγουστίν σε Κουλόμβ (1736-1806) ήταν Γάλλος φυσικός υπεύθυνος για τον καθορισμό του νόμου που περιγράφει τη δύναμη της αλληλεπίδρασης μεταξύ των ηλεκτρικών φορτίων. Για το σκοπό αυτό, ο Charles Coulomb χρησιμοποίησε ένα ισορροπία στρέψης, παρόμοια με την κλίμακα που χρησιμοποιήθηκε από Χένρι Κάβεντις για τον προσδιορισμό της σταθεράς του καθολική βαρύτητα.
Ο πειραματική συσκευή χρησιμοποιείται από την Coulomb αποτελούμενη από μια μεταλλική ράβδο ικανή να περιστρέφεται, η οποία, όταν φορτίζεται, απωθείται από μια μικρή μεταλλική σφαίρα φορτισμένη με ηλεκτρικά φορτία του ίδιου σήματος. Το παρακάτω σχήμα δείχνει ένα σχηματικό ισοζύγιο στρέψης που χρησιμοποιεί ο φυσικός:
Η ισορροπία στρέψης χρησιμοποιήθηκε από τον Coulomb για τον προσδιορισμό του νόμου της αλληλεπίδρασης μεταξύ των ηλεκτρικών φορτίων.
Η φόρμουλα του Coulomb
Σύμφωνα με τη νομοθεσία του, η δύναμη μεταξύ δύο ηλεκτρικά φορτισμένων σωματιδίων είναι ευθέως ανάλογη με το μέγεθος των φορτίων τους και αντιστρόφως ανάλογη προς το τετράγωνο της απόστασης μεταξύ τους. Παρακάτω, παρουσιάζουμε το ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΟΣ ΤΥΠΟΣ περιγράφεται από τον νόμο του Coulomb:
φά - ηλεκτροστατική δύναμη (N)
κ0 - διηλεκτρική σταθερά κενού (N.m² / C²)
Ερ - ηλεκτρικό φορτίο (C)
τι - δοκιμή ηλεκτρικού φορτίου (C)
ρε - απόσταση μεταξύ χρεώσεων (m)
Στον παραπάνω τύπο, κ0 είναι μια σταθερά αναλογικότητας που ονομάζεται σταθερά ηλεκτροστατικού κενού, ο συντελεστής της είναι περίπου 9,0.109 N.m² / C²Επίσης, γνωρίζουμε ότι πολλά σήμαίσοςαποκρούω ενώ φορτία σήματατα αντίθετα προσελκύουν, όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα:
Οι χρεώσεις της απωθητικής σήμανσης και οι αντίθετες πινακίδες προσελκύουν.
Δείτε επίσης: Τι είναι η ηλεκτρική ενέργεια;
Αξίζει να σημειωθεί ότι, ακόμη και αν τα φορτία έχουν διαφορετικές ενότητες, η δύναμη έλξης μεταξύ τους είναι ίση, καθώς, σύμφωνα με το 3ος νόμος του Νεύτωνα - ο νόμος της δράση και αντίδραση - η δύναμη που επιβάλλουν οι κατηγορίες μεταξύ τους ίσος σε μονάδα μέτρησης. Αυτά βρίσκονται στο ίδιοκατεύθυνση, ωστόσο, στο αισθήσεις αντίθετα.
Τα μαλλιά της γυναίκας στη φιγούρα είναι φορτισμένα με το ίδιο σημάδι και συνεπώς απωθούν μεταξύ τους.
Μια σημαντική ιδιότητα της ηλεκτρικής δύναμης είναι ότι είναι Διάνυσμα μεγαλείο, δηλαδή, μπορεί να γραφτεί χρησιμοποιώντας διανύσματα. Οι φορείς είναι προσανατολισμένες ευθείες αυτό το δώρο μονάδα μέτρησης, κατεύθυνση και έννοια. Επομένως, σε περιπτώσεις όπου δύο ή περισσότεροι φορείς ηλεκτρικής δύναμης δεν είναι παράλληλοι ή αντίθετοι, είναι απαραίτητο να εφαρμοστούν οι κανόνες του διάνυσμα άθροισμα, για τον υπολογισμό της καθαρής ηλεκτρικής δύναμης σε ένα σώμα ή σωματίδιο.
Δείτε επίσης: Τι είναι το ηλεκτρικό πεδίο;
Γράφημα νόμου του Coulomb
Ο νόμος του Coulomb δηλώνει ότι η ηλεκτρική δύναμη μεταξύ δύο φορτισμένων σωματιδίων είναι αντιστρόφως ανάλογο με το τετράγωνο της απόστασης μεταξύ τους. Έτσι, εάν δύο ηλεκτρικά φορτία βρίσκονται σε απόσταση ρεκαι έρχονται να συναντηθούμε στη μισή απόσταση (δ / 2), η ηλεκτρική δύναμη μεταξύ τους πρέπει να αυξηθεί κατά τέσσερις φορές (4F):
Εάν μειώσουμε την απόσταση μεταξύ δύο φορτίων κατά το ήμισυ, η ηλεκτρική δύναμη μεταξύ τους αυξάνεται κατά τέσσερις φορές.
Ελέγξτε έναν πίνακα που δείχνει τη σχέση ηλεκτρικής δύναμης μεταξύ δύο φορτίων του συντελεστή q, όταν διαχωρίζονται από διαφορετικές αποστάσεις:
μονάδα ηλεκτρικής ισχύος |
Απόσταση μεταξύ χρεώσεων |
F / 25 |
δ / 5 |
F / 16 |
δ / 4 |
F / 9 |
δ / 3 |
F / 4 |
δ / 2 |
φά |
ρε |
4F |
2δ |
9F |
3δ |
16F |
4δ |
25F |
5δ |
Βάζοντας τον νόμο του Coulomb με τη μορφή γραφήματος δύναμης έναντι απόστασης, έχουμε την ακόλουθη μορφή:
Παραδείγματα του νόμου του Coulomb
1) Δύο ηλεκτρικά φορτισμένα σωματίδια, με φορτία 1,0 μC και 2,0 mC, διαχωρίζονται σε κενό σε απόσταση 0,5 m. Προσδιορίστε το μέγεθος της ηλεκτρικής δύναμης μεταξύ των φορτίων.
Ανάλυση:
Ας χρησιμοποιήσουμε το νόμο της Coulomb για να υπολογίσουμε το μέγεθος της ηλεκτρικής δύναμης που δρα με φορτίο:
2) Δύο σημεία σωματιδίων φορτισμένα με ίδια ηλεκτρικά φορτία και του συντελεστή q διαχωρίζονται σε απόσταση d. Στη συνέχεια, διπλασιάστε (2q) το συντελεστή ενός από τα φορτία, τριπλασιάστε το συντελεστή του άλλου (3q) και αλλάξτε την απόσταση μεταξύ των φορτίων στο ένα τρίτο της αρχικής απόστασης μεταξύ τους (d / 3). Προσδιορίστε τη σχέση μεταξύ των αρχικών και τελικών ηλεκτρικών δυνάμεων που υπάρχουν μεταξύ των φορτίων.
Επιλυμένες ασκήσεις βάσει του νόμου του Coulomb
1) Δύο φορτισμένα σωματίδια με πανομοιότυπα ηλεκτρικά φορτία q, υποστηριζόμενα από μη εκτατά σύρματα και αμελητέα μάζα, βρίσκονται σε ισορροπία δυνάμεων, όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα:
Εάν m = 0,005 kg είναι η μάζα καθενός από τα σωματίδια, προσδιορίστε:
Δεδομένα:
σολ = 10 m / s²
κ0 = 9.109 N.m² / C²
α) το δομοστοιχείο της δύναμης ηλεκτρικής απώθησης που δρα στα φορτία ·
β) το μέτρο των ηλεκτρικών φορτίων των σωματιδίων.
Ανάλυση:
α) Για τον υπολογισμό του συντελεστή της ηλεκτρικής δύναμης μεταξύ των σωματιδίων, είναι απαραίτητο να παρατηρήσετε την ακόλουθη ομοιότητα μεταξύ των γωνιών, παρατηρήστε το σχήμα:
Μπορούμε να πούμε ότι η εφαπτομένη της γωνίας θ των δύο τριγώνων (των οποίων οι πλευρές σχηματίζονται από τις αποστάσεις 4 και 3 και F και P) είναι ίση και έτσι κάνουμε τον ακόλουθο υπολογισμό:
β) Έχοντας υπολογίσει το συντελεστή της ηλεκτρικής δύναμης μεταξύ των φορτίων, είναι δυνατό να προσδιοριστεί ο συντελεστής της, καθώς τα φορτία είναι ίδια:
Από εμένα, Rafael Helerbrock