כוח חשמלי: מה זה, חוק קולומב, תרגילים

ה כוח חשמלי הוא הכוח שנוצר כאשר ישנם שני מטענים חשמליים המקיימים אינטראקציה עם השדות החשמליים של זה. אנו מחשבים את עוצמתו באמצעות ה חוק קולומב.

הכיוון שלו הוא לפי הקו הדמיוני המחבר את המטענים, וכיוונו משתנה לפי סימני המטענים החשמליים. ולכן כאשר \(q\geq0\), הכיוון בין הכוחות מושך. אבל כש \(q<0\), הכיוון בין הכוחות הוא דוחה.

חוק קולומב, בנוסף לשימוש בחישוב הכוח, מחבר את הכוח האלקטרוסטטי הזה עם המרחק בריבוע בין המטענים לבין הסביבה שבה הם מוכנסים. ניתן למצוא את עבודת הכוח החשמלי לפי כמות האנרגיה שה- טעינה חשמלית צריך להגיע ממקום למקום, ללא קשר למסלול הנבחר.

קראו גם: כיצד פועלת תנועת המטענים החשמליים?

סיכום כוח חשמל

• כוח חשמלי עוסק באינטראקציה בין מטענים חשמליים.

• כיוון הכוח החשמלי זהה לקו הדמיוני המחבר בין המטענים החשמליים. מושך או דוחה בהתאם לסימני המטענים, ועוצמתו מחושבת על פי חוק קולומב.

• חוק קולומב מקשר בין גודל הכוח החשמלי למרחק בין שני מטענים חשמליים.

• מטענים חשמליים של סימנים דומים מושכים זה את זה. מטענים עם סימנים מנוגדים דוחים זה את זה.

• ניתן לחשב עבודה לפי "המאמץ" שעושה מטען חשמלי לעבור מנקודה אחת לאחרת.

מהו ומה מקורו של כוח חשמלי?

הכוח האלקטרוסטטי, הנקרא בדרך כלל הכוח החשמלי, הוא חלק מהארבעה אינטראקציות בסיסיות של היקום, יחד עם הכוחות הגרעיניים החזקים, הגרעיניים החלשים והכבידה. הוא מופיע בכל פעם שיש שדה חשמלי עם מטען חשמלי בתוכו.

כיוון הכוח החשמלי הוא כדלקמן:

• כיוון: במקביל לקו הדמיוני המחבר את המטענים החשמליים.

• לָחוּשׁ: מושך אם למטענים יש סימן זהה או דוחה אם למטענים יש סימנים הפוכים.

• עָצמָה: מחושב לפי חוק קולומב.

חוק קולומב

חוק קולומב הוא העיקרון הפיזיקלי האחראי לקשר בין הכוח האלקטרוסטטי למרחק בין שני מטענים חשמליים השקועים באותו תווך. זה פותח על ידי שארל אוגוסטין דה קולומב (1736‒1806) ב-1785.

יש יחסי מידתיות בין כוח לעומסים, אבל הכוח הוא ביחס הפוך לריבוע המרחק, כלומר, אם נכפיל את המרחק, הכוח יורד \(\frac{1}{4}\) מערכו המקורי.

\(\vec{F}\propto\left| Q_1\right|\ e\left| Q_2\right|\)

\(\vec{F}\propto\frac{1}{d^2}\)

ראוי להזכיר את החשיבות שיש לסימן המטענים החשמליים בקביעת כיוון הכוח הפועל ביניהם, בהיותם אטרקטיביים למטענים בעלי סימנים מנוגדים ודוחים כאשר למטענים יש סימנים הפוכים. שווים.

כוחות המשיכה והדחייה הם תוצאה של חוק קולומב.

נוסחת החוק של קולומב מיוצגת על ידי:

\(\vec{F}=k\frac{\left| Q_1\right|\ \bullet\left| Q_2\right|}{d^2}\)

• \(\vec{F}\) הוא כוח האינטראקציה בין חלקיקים טעונים חשמלית, הנמדד בניוטון [N].

• \(\left| Q_1\right|\) ו \(\left| Q_2\right|\) הם מודולי המטען של החלקיקים, הנמדדים בקולומב \([Ç]\).

• ד הוא המרחק בין המטענים, נמדד במטרים [m].

• ק הוא הקבוע האלקטרוסטטי של המדיום, נמדד ב \({\left (N\bullet m\right)^2/C}^2\).

תַצְפִּית: הקבוע האלקטרוסטטי משתנה בהתאם לסביבה בה נמצאים המטענים.

→ שיעור וידאו על חוק קולומב

עבודת כוח חשמלי

עבודה היא הפעלת כוח לעקירה, ואין זה רלוונטי באיזה דרך ננקטה, כל עוד הם מתחילים מאותה נקודה לעבר אותו מקום.

לאור זאת, ה עבודת כוח חשמליתלוי בכוח המופעל על מטען חשמלי לחצות את המרחק מנקודה 1 לנקודה 2, כפי שמוצג בתמונה.

אנו מחשבים את העבודה באמצעות הנוסחה:

\(W=\vec{F}\bullet d\bullet\cos{\theta}\)

• W הוא עבודה, נמדד בג'אול \([J]\).

• ד הוא מרחק העקירה, נמדד במטרים \([M]\).

• θ היא הזווית בין \(\vec{F}e\ d,\), נמדד במעלות.

קראו גם: אלקטרוסטטיקה - תחום הפיזיקה המיועד לחקר מטענים במנוחה

כוח חשמלי ושדה חשמלי

ה שדה חשמלי מתרחש בקרבת מטען חשמלי או משטח מחושמל, בהיותו תכונה מהותית של מטענים. ה כוח חשמלי נוצר כאשר יש אינטראקציה בין שדות חשמליים של לפחות שני מטענים חשמליים, כפי שמוצג בתמונה.

לגבי כיוון השדה החשמלי ביחס לכוח החשמלי:

• כיוון: זהה לכוח החשמלי, כלומר במקביל לקו המחבר את המטענים החשמליים.

• לָחוּשׁ: אותו כוח אם \(q\geq0\), אבל מנוגד לכוח אם \(q<0\).

• עָצמָה: מחושב לפי נוסחת השדה החשמלי או לפי הנוסחה המקשרת בין כוח חשמלי ושדה חשמלי, המתוארת להלן:

\(\vec{F}=\left|q\right|\bullet\vec{E}\)

• ש הוא המטען החשמלי, הנמדד בקולומבים \([Ç]\).

• \(\vec{E}\) הוא השדה החשמלי, נמדד ב \([N/C]\).

← שיעור וידאו על שדה חשמלי

תרגילים שנפתרו על כוח חשמלי

שאלה 1

(Mack-SP) מטען חשמלי נקודתי עם \(q=4.0\ \mu C\), אשר ממוקם בנקודה P בוואקום, נתון לכוח חשמלי בגודל גודל \(1.2\ N\). לשדה החשמלי באותה נקודה P יש גודל:

ה) \(3.0\bullet{10}^5\ N/C\)

ב) \(2.4\bullet{10}^5\ N/C\)

ç) \(1,2\bullet{10}^5\ N/C\)

ד) \(4.0\bullet{10}^{-6}\ N/C\)

ו) \(4.8\bullet{10}^{-6}\ N/C\)

פתרון הבעיה:

חלופה א'

כמו בהצהרה מסופק ערך הכוח והשדה מתבקש, אנו יכולים להשתמש בטופס המתייחס לשניהם:

\(\vec{F}=\left|q\right|\bullet\vec{E}\)

\(1,2=\left|4,0\ \mu\right|\bullet\vec{E}\)

זוכר את זה \(\mu={10}^{-6}\), יש לנו:

\(1,2=4,0\bullet{10}^{-6}\bullet\vec{E}\)

\(\frac{1,2}{4,0\bullet{10}^{-6}}=\vec{E}\)

\(0.3\bullet{10}^6=\vec{E}\)

\(3\bullet{10}^{-1}\bullet{10}^6=\vec{E}\)

\(3\bullet{10}^{-1+6}=\vec{E}\)

\(3\bullet{10}^5N/C=\vec{E}\)

שאלה 2

יש מטען חשמלי של \(2.4\bullet{10}^{-4}\ C\) בשדה חשמלי של \(6\bullet{10}^4\N/C\) שנע 50 ס"מ במקביל לציר השדה. איזו עבודה עושה העומס?

ה)\(W=-7.2\ J\)

ב)\(W=14.4\bullet{10}^{-2}\ J\)

ç)\(W=7.2\bullet{10}^{-2}\ J\)

ד)\(W=14.4\ J\)

ו) \(W=7.2\ J\)

פתרון הבעיה:

חלופה E

שימוש בנוסחה המקשרת עבודה וכוח חשמלי:

\(W=\vec{F}\bullet d\bullet\cos{\theta}\)

מכיוון שהכוח החשמלי לא ניתן, נוכל לעשות את החישוב באמצעות השדה החשמלי והמטען. לזכור שמכיוון שהמטען חיובי, הכוח והשדה שלו נמצאים באותו כיוון, כך שהזווית בין הכוח למרחק הנעקר היא 0°:

\(W=\left|q\right|\bullet\vec{E}\bullet d\bullet\cos{\theta}\)

\(W=\left|2,4\bullet{10}^{-4}\right|\bullet\left (6\bullet{10}^4\right)\bullet0,5\bullet\cos0°\)

\(W=14.4\bullet{10}^{-4+4}\bullet0.5\bullet1\)

\(W=14.4\bullet0.5\)

\(W=7.2\ J\)

מאת פאמלה רפאלה מלו
מורה לפיזיקה