DE loviCoulomb er en viktig fysikklov som sier at den elektrostatiske kraften mellom to elektriske ladninger er proporsjonal med modulen for elektriske ladninger og omvendt proporsjonal med kvadratet av avstanden som skiller.
Coulombs lov og elektriske kraft
Charles Augustin i Coulomb (1736-1806) var en fransk fysiker som var ansvarlig for å bestemme loven som beskriver kraften til interaksjon mellom elektriske ladninger. For dette formålet brukte Charles Coulomb en torsjonsbalanse, lik skalaen som ble brukt av Henry Cavendish for å bestemme konstanten av universell gravitasjon.
Ikke stopp nå... Det er mer etter annonseringen;)
O eksperimentelt apparat brukt av Coulomb besto av en metallstang som var i stand til å rotere, som, når den ble ladet, ble frastøtt av en liten metallisk kule ladet med elektriske ladninger med samme tegn. Figuren nedenfor viser en skjematisk oversikt over torsjonsbalansen som brukes av fysikeren:
Torsjonsbalansen ble brukt av Coulomb for å bestemme loven for interaksjon mellom elektriske ladninger.
Coulombs lovformel
I henhold til loven er kraften mellom to elektrisk ladede partikler direkte proporsjonal med størrelsen på ladningene, og er omvendt proporsjonal med kvadratet av avstanden mellom dem. Nedenfor presenterer vi matematisk formel beskrevet av Coulombs lov:
F - elektrostatisk kraft (N)
k0 - dielektrisk vakuumkonstant (N.m² / C²)
Q - elektrisk ladning (C)
hva - test elektrisk ladning (C)
d - avstand mellom ladninger (m)
I formelen ovenfor, k0 er en proporsjonalitetskonstant kalt elektrostatisk vakuumkonstant, dens modul er omtrent 9,0.109 N.m² / C².Vi vet også at masse signallikdrive tilbake mens masse signalermotsetninger tiltrekker hverandre, som vist i figuren nedenfor:
Avgifter av like tegn frastøter, og ladninger av motsatte tegn tiltrekker seg.
Se også: Hva er strøm?
Det er verdt å merke seg at selv om lastene har forskjellige moduler, er tiltrekningskraften mellom dem lik, siden i henhold til Newtons tredje lov - loven om handling og reaksjon - kraften som anklagene gir mot hverandre er lik i modul. Disse finnes i sammeretningimidlertid i sanser motsetninger.
Håret til kvinnen i figuren er lastet med ladning av samme tegn og avviser derfor hverandre.
En viktig egenskap ved elektrisk kraft er at den er en Vector storhetdet vil si at den kan skrives ved hjelp av vektorer. Vektorene er orienterte rette den nåtiden modul, retning og føle. Derfor, i tilfeller der to eller flere elektriske kraftvektorer ikke er parallelle eller motsatte, er det nødvendig å bruke reglene for vektorsum, for å beregne netto elektrisk kraft på en kropp eller partikkel.
Se også: Hva er et elektrisk felt?
Coulombs lovgraf
Coulombs lov sier at den elektriske kraften mellom to ladede partikler er omvendt proporsjonal med kvadratet av avstanden mellom dem. Dermed, hvis to elektriske ladninger er på avstand d, og kom til å møte på halvparten av den avstanden (d / 2), bør den elektriske kraften mellom dem økes med fire ganger (4F):
Hvis vi reduserer avstanden mellom to ladninger med halvparten, øker den elektriske kraften mellom dem med fire ganger.
Sjekk ut en tabell som viser forholdet mellom elektrisk kraft mellom to belastninger med modul q, når de er atskilt med forskjellige avstander:
elektrisk kraftmodul |
Avstand mellom ladningene |
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 |
Ved å sette Coulombs lov i form av en graf over kraft versus avstand, har vi følgende form:
Eksempler på Coulombs lov
1) To elektrisk ladede partikler, med ladninger på 1,0 μC og 2,0 mC, skilles i vakuum i en avstand på 0,5 m. Bestem størrelsen på den elektriske kraften mellom ladningene.
Vedtak:
La oss bruke Coulombs lov til å beregne størrelsen på den elektriske kraften som virker på ladninger:
2) To-punkts partikler ladet med identiske elektriske ladninger og med modul q skilles fra hverandre på en avstand d. Deretter dobler du (2q) modulen til en av lastene, tredobler modulen til den andre (3q) og endrer avstanden mellom lastene til en tredjedel av den opprinnelige avstanden mellom dem (d / 3). Bestem forholdet mellom de innledende og endelige elektriske kreftene som eksisterer mellom ladningene.
Løst øvelser om Coulombs lov
1) To ladede partikler med identiske elektriske ladninger q, støttet av uforlengbare ledninger og ubetydelig masse, er i en balanse mellom krefter, som vist i figuren nedenfor:
Hvis m = 0,005 kg er massen til hver av partiklene, må du bestemme:
Data:
g = 10 m / s²
k0 = 9.109 N.m² / C²
a) modulen til den elektriske frastøtningskraften som virker på lastene;
b) modulen til de elektriske ladningene til partiklene.
Vedtak:
a) For å beregne modulen til den elektriske kraften mellom partiklene, er det nødvendig å legge merke til følgende likhet mellom vinkler, observer figuren:
Vi kan si at tangenten til vinkelen θ til de to trekantene (hvis sider er dannet av avstandene 4 og 3 og F og P) er lik, og derfor gjør vi følgende beregning:
b) Etter å ha beregnet den elektriske kraftens modul mellom ladningene, er det mulig å bestemme dens modul, siden ladningene er identiske:
Av meg. Rafael Helerbrock
