A törvényban benCoulomb egy fontos fizikai törvény, amely kimondja, hogy a két elektromos töltés közötti elektrosztatikus erő arányos az elektromos töltések moduljával és fordítottan arányos a távolság négyzetével elválasztja.
Coulomb törvénye és elektromos ereje
Charles Augustin ban ben Coulomb (1736-1806) francia fizikus volt felelős az elektromos töltések közötti kölcsönhatás erejét leíró törvény meghatározásáért. Erre a célra Charles Coulomb a torziós mérleg, hasonló az által használt skálához Henry Cavendish hogy meghatározzuk az állandóját univerzális gravitáció.
O kísérleti készülék Coulomb által használt forgó képes rúdból állt, amelyet feltöltve egy kis fémgömb taszított, amelyet ugyanolyan előjelű elektromos töltések töltöttek be. Az alábbi ábra a fizikus által használt torziós egyensúly sematikus ábráját mutatja:
A torziós egyensúlyt Coulomb használta az elektromos töltések közötti kölcsönhatás törvényének meghatározására.
Coulomb törvény-képlete
Törvénye szerint a két elektromosan töltött részecske közötti erő egyenesen arányos a töltéseik nagyságával, és fordítottan arányos a köztük lévő távolság négyzetével. Az alábbiakban bemutatjuk a
matematikai képlet Coulomb törvénye írja le:
F - elektrosztatikus erő (N)
k0 - dielektromos vákuumállandó (N.m² / C²)
Q - elektromos töltés (C)
mit - teszt elektromos töltés (C)
d - töltések közötti távolság (m)
A fenti képletben k0 egy elektrosztatikus vákuumállandónak nevezett arányossági állandó, modulusa hozzávetőlegesen 9,0.109 N.m² / C². Azt is tudjuk, hogy rengeteg jelegyenlőtaszítani miközben rengeteg jeleketaz ellentétek vonzzák egymást, az alábbi ábrán látható módon:
Az egyenlőség jelei taszítják, az ellenkező jelei pedig vonzanak.
Lásd még: Mi az áram?
Érdemes megjegyezni, hogy még akkor is, ha a terheléseknek különböző moduljai vannak, a vonzerő közöttük egyenlő, mivel a Newton 3. törvénye - a törvény akció és reakció - az az erő, amelyet a vádak egymás ellen gyakorolnak egyenlő ban ben modul. Ezeket a azonosirányazonban érzékek ellentétek.
Az ábrán látható nő haja ugyanazon jel töltésével van terhelve, és ezért taszítja egymást.
Az elektromos erő fontos tulajdonsága, hogy a Vektor nagysága, azaz vektorok segítségével írható. A vektorok orientált egyenesek hogy jelen modul, irány és érzék. Ezért azokban az esetekben, amikor két vagy több elektromos erővektor nem párhuzamos vagy ellentétes, szükséges, hogy a vektor összege, a testre vagy részecskére eső nettó elektromos erő kiszámításához.
Lásd még: Mi az elektromos mező?
Coulomb törvény grafikonja
Coulomb törvénye szerint két töltött részecske közötti elektromos erő fordítva arányos a köztük lévő távolság négyzetével. Így, ha két elektromos töltés van távolságban d, és gyere találkozni ennek a távolságnak a felénél (d / 2), a köztük lévő elektromos erőt négyszeresére kell növelni (4F):
Ha felére csökkentjük a két töltés közötti távolságot, a köztük lévő elektromos erő négyszeresére növekszik.
Nézzen meg egy táblázatot, amely bemutatja a q modulus két terhelésének elektromos erőviszonyait, ha különböző távolságok választják el őket egymástól:
elektromos tápegység |
Töltések közötti távolság |
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 |
Coulomb törvényét az erő és a távolság függvényében ábrázolt grafikon formájában tesszük ki:
Példák Coulomb törvényére
1) Két elektromos töltésű részecskét, 1,0 μC és 2,0 mC töltéssel, vákuumban választunk el 0,5 m távolságban. Határozza meg a töltések között fennálló elektromos erő nagyságát.
Felbontás:
Használjuk Coulomb törvényét a töltésekre ható elektromos erő nagyságának kiszámításához:
2) Két azonos elektromos töltésű, q modulusú töltetű részecskét d távolságra választunk el. Ezután duplázza meg (2q) az egyik terhelés modulusát, megháromszorozza a másik (3q) modulusát, és változtassa meg a terhelések közötti távolságot a köztük lévő kezdeti távolság (d / 3) egyharmadára. Határozza meg a töltések között fennálló kezdeti és végső elektromos erők arányát.
Megoldott gyakorlatok Coulomb törvényéről
1) Két azonos q töltéssel rendelkező részecske, amelyet nem nyújtható huzalok és elhanyagolható tömeg támogat, az erőviszonyokban vannak, az alábbi ábra szerint:
Ha m = 0,005 kg az egyes részecskék tömege, akkor határozzuk meg:
Adat:
g = 10 m / s²
k0 = 9.109 N.m² / C²
a) a terhelésekre ható elektromos taszítóerő modulja;
b) a részecskék elektromos töltésének modulusa.
Felbontás:
a) A részecskék közötti elektromos erő modulusának kiszámításához meg kell figyelni az alábbi hasonlóságot a szögek között, vegye figyelembe az ábrát:
Mondhatjuk, hogy a két háromszög (amelynek oldalát a 4 és 3, valamint az F és P távolság alkotja) szögének érintője egyenlő, ezért a következő számítást hajtjuk végre:
b) A töltések közötti elektromos erő modulusának kiszámítása után meghatározható annak modulusa, mivel a töltések azonosak:
Általam. Rafael Helerbrock
