כוח חשמלי: מה זה ואיך להשתמש בנוסחה

כוח חשמלי הוא אינטראקציה של משיכה או דחייה הנוצרת בין שני מטענים עקב קיומו של שדה חשמלי סביבם.

יכולתו של מטען ליצור כוחות חשמליים התגלתה ונחקרה על ידי הפיזיקאי הצרפתי צ'רלס אוגוסטין דה קולומב (1736-1806) בסוף המאה ה -18.

בסביבות 1780, קולומב יצר את איזון הפיתול ועם מכשיר זה הוכיח בניסוי את עוצמת הכוח פרופורציונלית ישירה לערך המטענים החשמליים אשר מתקיימים ביניהם וביחס הפוך לריבוע המרחק ש- מפריד.

נוסחת כוח חשמלי

הנוסחה המתמטית, המכונה גם חוק קולומב, המבטאת את עוצמת הכוח החשמלי היא:

רווח F ישר השווה למונה רווח K ישר פתוח אנכי אנכי ישר q עם 1 אנכי סגור סרגל אנכי פתוח ישר עם q 2 תווים קרוב אנכי מעל המכנה ישר ישר בריבוע של שבריר

במערכת היחידות הבינלאומית (SI), עוצמת הכוח החשמלי (F) מתבטאת בניוטון (N).

התנאים ש₁ ומה₂הנוסחה תואמת את הערכים המוחלטים של המטענים החשמליים, שיחידת ה- SI שלהם היא coulomb (C), והמרחק המפריד בין שתי המטענים (r) מיוצג במטר (m).

קבוע המידתיות (K) תלוי במדיום בו מוכנסים המטענים, למשל, בוואקום מונח זה נקרא קבוע אלקטרוסטטי (K₀) וערכו הוא 9.10⁹ Nm²/ Ç².

למידע נוסף עלחוק קולומב.

למה משמשת נוסחת הכוח החשמלי וכיצד לחשב אותה?

הנוסחה שיצר קולומב משמשת לתיאור עוצמת האינטראקציה ההדדית בין שתי מטענים נקודתיים. מטענים אלה הם גופים מחשמלים שמידותיהם זניחות בהשוואה למרחק ביניהן.

instagram story viewer

משיכה חשמלית מתרחשת בין מטענים שיש להם סימנים מנוגדים, מכיוון שהכוח הקיים הוא של משיכה. דחייה חשמלית מתרחשת כאשר מאגדים של אותו סימן מאוחדים, מכיוון שכוח הדחייה פועל עליהם.

כדי לחשב את הכוח החשמלי האותות של מטענים חשמליים הם לא נלקחים בחשבון, אלא רק הערכים שלהם. ראה כיצד לחשב כוח חשמלי בעזרת הדוגמאות הבאות.

דוגמה 1: שני חלקיקים מחשמלים, ש₁ = 3.0 x 10^-6C ו- q₂ = 5.0 x 10^-6C, ובממדים זניחים ממוקמים במרחק של 5 ס"מ זה מזה. קבע את חוזק הכוח החשמלי בהתחשב בכך שהוא נמצא בוואקום. השתמש בקבוע K אלקטרוסטטי₀= 9. 10⁹ Nm²/ Ç².

פִּתָרוֹן: כדי למצוא את הכוח החשמלי, יש ליישם את הנתונים בנוסחה עם אותן יחידות כמו הקבוע האלקטרוסטטי.

שים לב שהמרחק ניתן בסנטימטרים, אך הקבוע הוא מטר, ולכן הצעד הראשון הוא להפוך את יחידת המרחק.

רווח 1 ס"מ מרווח שווה רווח 1 מעל 100 רווח ישר m 5 חלל ס"מ שטח שווה רווח 5 מעל 100 רווח ישר m שווה 0 פסיק 05 חלל ישר m

השלב הבא הוא החלפת הערכים בנוסחה וחישוב הכוח החשמלי.

ישר F רווח שווה למרחב K מונה ישר מוט אנכי פתוח ישר q עם חתימה אחת סגור אנכי פתוח מוט אנכי פתוח ישר q עם 2 מנויים סוגר פס אנכי מעל המכנה ישר r קצה בריבוע של חלק ישר F שטח שווה למרחב 9 מֶרחָב. רווח 10 בכוחו של 9 ספירת מונים ישר N. ישר m בריבוע מעל המכנה ישר C בריבוע סוף השבר. מניין סוגריים שמאליים 3 פסיק 0 שטח מרובע x שטח 10 למינוס כוח 6 סוף מרחב מרובע אקספוננציאלי C שטח סוגר ימני. סוגר שמאל מרווח 5 פסיק 0 שטח מרובע x שטח 10 עד מינוס 6 קצה של שטח מרובע אקספוננציאלי C סוגריים ימניים מכנה מעל סוגר שמאל 0 פסיק 05 רווח ישר m סוגריים ימניים בריבוע סוף שבר ישר F רווח שווה 9 מֶרחָב. רווח 10 בכוחו של 9 ספירת מונים ישר N. ישר m בריבוע מעל המכנה ישר C בריבוע סוף השבר. מונה 15 פסיק 0 רווח ישר x רווח 10 בכוח של מינוס 6 פלוס סוגריים שמאליים פחות 6 סוגריים ימניים סוף של חלל ישר אקספוננציאלי C בריבוע מעל המכנה 0 פסיק 0025 רווח ישר m בריבוע סוף השבר ישר F שטח שווה ל 9 מֶרחָב. רווח 10 בכוחו של 9 ספירת מונים ישר N. מכה אלכסונית מעל קו ישר m בריבוע סוף שביתה מעל מכה מכה דרך אלכסון מעל ישר ישר בריבוע קצה של שביתה סוף שבר. מונה 15 פסיק 0 רווח. רווח 10 בכוח של מינוס 12 קצה המרחב האקספוננציאלי חצה באלכסון כלפי מעלה מעל C ישר בריבוע סוף השביתה מעל המכנה 0 פסיק 0025 רווח חוצה באלכסון מעל ישר m ריבוע קצה חצה של שבר ישר F רווח שווה למונה 135 רווח מעל מכנה 0 פסיק 0025 סוף רווח השבר. 10 לכוח של 9 פלוס סוגריים שמאליים פחות 12 סוגריים ימניים קצה של אקספוננציאלי ישר N רווח F ישר השווה 54000 מֶרחָב. רווח 10 למינוס 3 כוח של החלל הישר האקספוננציאלי N ישר F שטח שווה ל 54 שטח ישר N

הגענו למסקנה שעוצמת הכוח החשמלי הפועל על המטענים היא 54 נ '.

אתה עשוי להתעניין גם באלקטרוסטטיקה.

דוגמה 2: המרחק בין נקודות A ו- B הוא 0.4 מ 'והעומסים Q ממוקמים בקצוות₁ וש₂. מטען שלישי, ש₃, הוכנס בנקודה הנמצאת 0.1 מ 'מ- Q₁.

חשב את הכוח הנקי ב- Q₃ בידיעה ש:

ש₁ = 2.0 x 10^-6Ç
ש₂ = 8.0 x 10^-6Ç
ש₃ = - 3.0 x 10^-6Ç
ק₀ = 9. 10⁹ Nm²/ Ç²

פִּתָרוֹן: הצעד הראשון בפתרון דוגמה זו הוא חישוב חוזק הכוח החשמלי בין שני מטענים בכל פעם.

נתחיל בחישוב כוח המשיכה בין Q₁ וש₃.

ישר F רווח שווה ל- K ישר עם 0 מניין חלל מניין פתוח אנכי ישר ישר עם 1 מנוי סגור סרגל אנכי פתוח סרגל אנכי ישר q עם 3 תווים סוגר סרגל אנכי במכנה ישר d עם סוף ריבוע 1 של שבר ישר רווח F שווה למרחב 9 מֶרחָב. רווח 10 בכוחו של 9 ספירת מונים ישר N. ישר m בריבוע מעל המכנה ישר C בריבוע סוף השבר. מניין סוגריים שמאליים 2 פסיק 0 שטח מרובע x שטח 10 למינוס כוח 6 סוף שטח מרובע אקספוננציאלי C שטח סוגר ימני. סוגר שמאלי מרווח 3 פסיק 0 שטח מרובע x שטח 10 עד מינוס 6 קצה של שטח מרובע אקספוננציאלי C סוגריים ימניים על המכנה סוגריים שמאלים 0 פסיק 1 ריבוע מרובע m סוגריים ימניים בריבוע סוף השבר ישר F שטח שווה ל 9 מֶרחָב. רווח 10 בכוחו של 9 ספירת מונים ישר N. ישר m בריבוע מעל המכנה ישר C בריבוע סוף השבר. מניין 6 פסיק 0 רווח ישר x רווח 10 בכוח של מינוס 6 פלוס סוגריים שמאליים פחות 6 סוגריים ימניים סוף של חלל ישר מעריכי C בריבוע מעל המכנה 0 פסיק 01 חלל ישר m בריבוע סוף השבר ישר F שטח שווה ל 9 מֶרחָב. רווח 10 בכוחו של 9 ספירת מונים ישר N. מכה אלכסונית מעל קו ישר m בריבוע סוף שביתה מעל מכה מכה דרך אלכסון מעל ישר ישר בריבוע קצה של שביתה סוף שבר. מניין 6 פסיק 0 רווח. רווח 10 בכוח של מינוס 12 קצה המרחב האקספוננציאלי חצה באלכסון כלפי מעלה מעל C ישר בריבוע סוף השביתה מעל המכנה 0 פסיק רווח 01 חוצה באלכסון מעל ישר m ריבוע קצה החוצה של שבר ישר רווח F שווה למונה 54 רווח מעל מכנה 0 פסיק 01 קצה מרחב השבר. 10 בחזקת 9 פלוס סוגריים שמאליים פחות 12 סוגריים ימניים קצה מרחב אקספוננציאלי ישר N ישר F שטח שווה 5400 מֶרחָב. רווח 10 למינוס 3 כוח של החלל הישר האקספוננציאלי N ישר F חלל 5 פסיק 4 חלל ישר N

כעת אנו מחשבים את כוח המשיכה בין Q₃וש₂.

אם המרחק הכולל בין הקו AB עם קו נטוי עליון הוא 0.4 מ 'ו- Q₃ ממוקם 0.1 מ 'מ- A, כלומר המרחק בין Q₃וש₂ הוא 0.3 מ '.

רווח ישר F שווה ל- K ישר עם 0 מניין רשום פתוח רצועה אנכית ישר q עם 3 רישום מנוי סגור סרגל אנכי פתוח סרגל אנכי ישר q עם 2 מנויים סוגר פס אנכי על מכנה ישר d עם 2 מנויים קצה בריבוע של שבר ישר F שטח שווה למרחב 9 מֶרחָב. רווח 10 בכוחו של 9 ספירת מונים ישר N. ישר m בריבוע מעל המכנה ישר C בריבוע סוף השבר. מניין סוגריים שמאליים 3 פסיק 0 שטח מרובע x שטח 10 למינוס כוח 6 סוף מרחב מרובע אקספוננציאלי C שטח סוגר ימני. סוגריים שמאליים מרווח 8 פסיק 0 שטח מרובע x שטח 10 למינוס 6 קצה של שטח מרובע אקספוננציאלי C סוגריים ימניים מכנה מעל שמאל סוגריים שמאלים 0 פסיק 3 ריבוע ריבוע m ריבוע ימני ריבוע סוף שבר ישר F רווח שווה 9 מֶרחָב. רווח 10 בכוחו של 9 ספירת מונים ישר N. ישר m בריבוע מעל המכנה ישר C בריבוע סוף השבר. מונה 24 פסיק 0 רווח ישר x רווח 10 בכוח של מינוס 6 פלוס סוגריים שמאליים פחות 6 סוגריים ימניים סוף של חלל ישר מעריכי C בריבוע מעל המכנה 0 פסיק 09 חלל ישר m בריבוע סוף השבר ישר F שטח שווה ל 9 מֶרחָב. רווח 10 בכוחו של 9 ספירת מונים ישר N. מכה אלכסונית מעל קו ישר m בריבוע סוף שביתה מעל מכה מכה דרך אלכסון מעל ישר ישר בריבוע קצה של שביתה סוף שבר. מונה 24 פסיק 0 רווח. רווח 10 בכוח של מינוס 12 קצה המרחב האקספוננציאלי חצה באלכסון כלפי מעלה מעל C ישר בריבוע סוף השביתה מעל המכנה 0 פסיק 09 רווח חצה באלכסון מעל ישר m ריבוע קצה החוצה של השבר ישר F רווח שווה למונה 216 מעל המכנה 0 פסיק 09 סוף חלל השבר. 10 בחזקת 9 פלוס סוגריים שמאליים פחות 12 סוגריים ימניים סוף מרחב אקספוננציאלי ישר N שטח F ישר השווה ל 2400 שטח. רווח 10 למינוס 3 כוח של החלל הישר האקספוננציאלי N ישר F חלל 2 פסיק 4 חלל ישר N

מתוך ערכי כוחות המשיכה בין העומסים, אנו יכולים לחשב את הכוח שנוצר באופן הבא:

ישר F עם מרווח ישר ישר r שווה למרחב ישר F עם שטח שטח 13 פחות רווח ישר F עם 23 מנויים ישר F עם כתב ישר ישר רווח שווה לרווח 5 פסיק 4 רווח ישר N רווח פחות רווח 2 פסיק 4 רווח ישר N ישר F עם רווח ישר ישר r שווה למרחב 3 ישר N

הגענו למסקנה שהכוח החשמלי שנוצר ש Q₁וש₂להפעיל על ש₃ הוא 3 N.

כדי להמשיך ולבדוק את הידע שלך, הרשימות הבאות יעזרו לך:

חוק קולומב - תרגילים
מטען חשמלי - תרגילים
אלקטרוסטטיקה - תרגילים

כוח חשמלי: מה זה ואיך להשתמש בנוסחה

נוסחת כוח חשמלי

למה משמשת נוסחת הכוח החשמלי וכיצד לחשב אותה?

כוחות טבע בסיסיים

השתקפות ושבירת קול

אפקט ג'ול: מה זה, נוסחה, שימושים, תרגילים