THE lakisisäänCoulomb on tärkeä fysiikan laki, jonka mukaan kahden sähkövarauksen välinen sähköstaattinen voima on verrannollinen sähkövarauksien moduuliin ja kääntäen verrannollinen etäisyyden neliöön, jonka erottaa.
Coulombin laki ja sähkövoima
Charles Augustin sisään Coulomb (1736-1806) oli ranskalainen fyysikko, joka vastasi lain määrittelemisestä, joka kuvaa sähkövarausten välisen vuorovaikutuksen voimaa. Tähän tarkoitukseen Charles Coulomb käytti a vääntötasapaino, samanlainen kuin Henry Cavendish vakion määrittämiseksi yleinen painovoima.
O kokeellinen laite Coulombin käyttämä metallinen tanko pystyi pyörimään, joka ladatessaan hylkäsi pienen metallipallon, joka oli ladattu saman merkin sähkövarauksilla. Alla olevassa kuvassa on kaaviokuva fyysikon käyttämästä vääntötasapainosta:
Coulomb käytti vääntötasapainoa sähkövarausten välisen vuorovaikutuksen lain määrittämiseksi.
Coulombin lain kaava
Lain mukaan kahden sähköisesti varautuneen hiukkasen välinen voima on suoraan verrannollinen niiden varausten suuruuteen ja on kääntäen verrannollinen niiden välisen etäisyyden neliöön. Alla esitämme
matemaattinen kaava kuvattu Coulombin lailla:
F - sähköstaattinen voima (N)
k0 - dielektrinen vakuumivakio (N.m² / C²)
Q - sähkövaraus (C)
mitä - testaa sähkövaraus (C)
d - varausten välinen etäisyys (m)
Yllä olevassa kaavassa k0 on suhteellisuusvakio, jota kutsutaan sähköstaattiseksi vakuumivakioksi, sen moduuli on noin 9,0.109 N.m² / C²Tiedämme myös, että paljon signaaliyhtä suurikarkottaa kun taas kuormia signaalejavastakohdat vetävät puoleensa, kuten alla olevassa kuvassa on esitetty:
Tasa-arvomaksut hylkäävät, ja vastakkaisten merkkien maksut houkuttelevat.
Katso myös: Mikä on sähkö?
On syytä huomata, että vaikka kuormilla on erilaiset moduulit, niiden välinen vetovoima on yhtä suuri, koska Newtonin kolmas laki - toiminta ja reaktio - syytösten toisiinsa kohdistama voima on yhtä suuri sisään moduuli. Nämä löytyvät samasuuntakuitenkin aistit vastakohtia.
Kuvassa olevan naisen hiukset ovat täynnä saman merkin varausta ja karkottavat siten toisiaan.
Tärkeä sähkövoiman ominaisuus on, että se on a Vektorin suuruus, eli se voidaan kirjoittaa vektorien avulla. Vektorit ovat suuntautuneet suorat että läsnä moduuli, suunta ja mielessä. Siksi tapauksissa, joissa kaksi tai useampi sähkövoimavektori ei ole yhdensuuntainen tai vastakkainen, on välttämätöntä, että vektorisumma, kehon tai hiukkasen nettosähkövoiman laskemiseksi.
Katso myös: Mikä on sähkökenttä?
Coulombin lakikaavio
Coulombin lain mukaan kahden varautuneen hiukkasen välinen sähkövoima on käänteisesti verrannollinen niiden välisen etäisyyden neliöön. Jos siis kaksi sähkövarausta on etäisyydellä toisistaan d, ja tule tapaamaan puolet siitä etäisyydestä (d / 2), niiden välistä sähkövoimaa tulisi lisätä neljä kertaa (4F):
Jos pienennämme kahden latauksen välistä etäisyyttä puoleen, niiden välinen sähkövoima kasvaa neljä kertaa.
Katso taulukko, joka näyttää kahden moduulin q kuorman välisen sähkövoiman suhteen erotettuna toisistaan:
sähkötehomoduuli |
Latausten välinen etäisyys |
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 |
Kun laitamme Coulombin lain voiman ja etäisyyden kuvaajan muodossa, meillä on seuraava muoto:
Esimerkkejä Coulombin laista
1) Kaksi sähköisesti varautunutta hiukkaa, joiden varaukset ovat 1,0 μC ja 2,0 mC, erotetaan tyhjössä 0,5 m: n etäisyydellä. Määritä varausten välillä vallitsevan sähkövoiman suuruus.
Resoluutio:
Käytetään Coulombin lakia laskemaan varauksiin vaikuttavan sähkövoiman suuruus:
2) Kaksi pistepartikkelia, jotka on ladattu identtisillä sähkövarauksilla ja moduuli q, erotetaan etäisyydellä d. Sitten kaksinkertaista (2q) yhden kuorman moduuli, kolminkertaista toisen (3q) moduuli ja muuta kuormien välinen etäisyys kolmannekseen niiden välisestä alkuperäisestä etäisyydestä (d / 3). Määritä varausten välillä vallitsevien alkusähköisten ja lopullisten sähkövoimien suhde.
Ratkaistu harjoituksia Coulombin laista
1) Kaksi varattua hiukkaa, joilla on identtiset sähkövarat q, joita tukevat venymättömät johdot ja merkityksetön massa, ovat voimatasapainossa, kuten alla olevassa kuvassa esitetään:
Jos m = 0,005 kg on kunkin hiukkasen massa, määritä:
Tiedot:
g = 10 m / s²
k0 = 9.109 N.m² / C²
a) kuormiin vaikuttavan sähköisen työntövoiman moduuli;
b) hiukkasten sähkövarausten moduuli.
Resoluutio:
a) Hiukkasten välisen sähkövoiman moduulin laskemiseksi on huomattava seuraava kulmien samankaltaisuus, noudata kuvaa:
Voimme sanoa, että kahden kolmion (joiden sivut muodostavat etäisyydet 4 ja 3 sekä F ja P) kulman θ tangentti on yhtä suuri, joten teemme seuraavan laskelman:
b) Laskettuaan varausten välisen sähkövoiman moduuli on mahdollista määrittää sen moduuli, koska varaukset ovat identtiset:
Minun luona. Rafael Helerbrock
