Sähkövoima: mikä se on ja miten kaavaa käytetään

Sähkövoima on kahden varauksen välillä syntyvän vetovoiman tai vastenmielen vuorovaikutus johtuen niiden ympärillä olevan sähkökentän olemassaolosta.

Ranskalainen fyysikko Charles Augustin de Coulomb (1736-1806) löysi ja tutki varauksen kykyä luoda sähkövoimia 1700-luvun lopulla.

Noin 1780, Coulomb loi vääntötasapainon ja tällä instrumentilla hän kokeellisesti osoitti voiman voimakkuuden on suoraan verrannollinen vuorovaikutuksessa olevien sähkövarausten arvoon ja kääntäen verrannollinen etäisyyden neliöön erottaa.

Sähkövoiman kaava

Matemaattinen kaava, jota kutsutaan myös Coulombin laiksi ja joka ilmaisee sähkövoiman voimakkuuden, on:

Kansainvälisessä yksikköjärjestelmässä (SI) sähkövoiman voimakkuus (F) ilmaistaan ​​newtonina (N).

Termit, jotka₁ ja mitä₂ kaavan vastaavat sähkövarausten absoluuttisia arvoja, joiden SI-yksikkö on coulomb (C), ja molemmat varaukset (r) erottava etäisyys on esitetty metreinä (m).

Suhteellisuusvakio (K) riippuu väliaineesta, johon varaukset asetetaan, esimerkiksi tyhjössä tätä termiä kutsutaan sähköstaattiseksi vakiona (K₀) ja sen arvo on 9,10⁹ Nm²/ Dz.

LisätietojaCoulombin laki.

Mihin sähkövoiman kaavaa käytetään ja miten se lasketaan?

Coulombin luomaa kaavaa käytetään kuvaamaan kahden pistevarauksen keskinäisen vuorovaikutuksen voimakkuutta. Nämä varaukset ovat sähköistettyjä kappaleita, joiden mitat ovat vähäiset verrattuna niiden väliseen etäisyyteen.

Sähköinen vetovoima tapahtuu varausten välillä, joilla on vastakkaiset merkit, koska nykyinen voima on vetovoima. Sähköinen hylkääminen tapahtuu, kun saman merkin varaukset kootaan yhteen, kun heijastava voima vaikuttaa niihin.

Sähkövoiman laskemiseksi signaalit sähkövaraus niitä ei oteta huomioon, vain niiden arvot. Katso kuinka voima lasketaan seuraavien esimerkkien avulla.

Esimerkki 1: Kaksi sähköistettyä hiukkaa, q₁ = 3,0 x 10^-6 C ja q₂ = 5,0 x 10^-6 C-mitat, joiden mitat ovat vähäpätöiset, sijaitsevat 5 cm: n etäisyydellä toisistaan. Määritä sähkövoiman voimakkuus ottaen huomioon, että ne ovat tyhjiössä. Käytä sähköstaattista vakiota K₀ = 9. 10⁹ Nm²/ Dz.

Ratkaisu: Sähkövoiman löytämiseksi tiedot on käytettävä kaavassa samoilla yksiköillä kuin sähköstaattinen vakio.

Huomaa, että etäisyys ilmoitettiin senttimetreinä, mutta vakio on metri, joten ensimmäinen vaihe on muuntaa etäisyysyksikkö.

Seuraava vaihe on korvata kaavan arvot ja laskea sähkövoima.

Tulimme siihen tulokseen, että varauksiin vaikuttavan sähkövoiman voimakkuus on 54 N.

Saatat myös olla kiinnostunutsähköstaattiset.

Esimerkki 2: Pisteiden A ja B välinen etäisyys on 0,4 m ja kuormat Q sijaitsevat päissä₁ ja Q₂. Kolmas lataus, Q₃, lisättiin pisteeseen, joka on 0,1 metrin päässä Q: sta₁.

Laske Q: n nettovoima₃ sen tietäen:

• Q₁ = 2,0 x 10^-6 Ç
• Q₂ = 8,0 x 10^-6 Ç
• Q₃ = - 3,0 x 10^-6 Ç
• K₀ = 9. 10⁹ Nm²/ Dz

Ratkaisu: Ensimmäinen vaihe tämän esimerkin ratkaisemisessa on laskea kahden varauksen välisen sähkövoiman voimakkuus kerrallaan.

Aloitetaan laskemalla Q: n välinen vetovoima₁ ja Q₃.

Lasketaan nyt Q: n välinen vetovoima₃ ja Q₂.

Jos viivan välinen kokonaismatka on 0,4 m ja Q₃ on sijoitettu 0,1 m: n päähän A: sta, mikä tarkoittaa, että Q: n välinen etäisyys₃ ja Q₂ on 0,3 m.

Kuormien välisten vetovoimien arvoista voimme laskea tuloksena olevan voiman seuraavasti:

Tulimme siihen tulokseen, että tuloksena oleva sähkövoima, jonka Q₁ ja Q₂ käyttää Q: ta₃ on 3 N.

Seuraavat luettelot auttavat sinua jatkamaan tietojesi testaamista:

• Coulombin laki - Harjoitukset
• Sähkövaraus - Harjoitukset
• Sähköstaattinen - Harjoitukset