TEN prawowKulomb jest ważnym prawem fizyki, które mówi, że siła elektrostatyczna między dwoma ładunkami elektrycznymi wynosi proporcjonalna do modułu ładunków elektrycznych i odwrotnie proporcjonalna do kwadratu odległości, jaką oddziela.
Prawo Coulomba i siła elektryczna
Karol Augustyn w Kulomb (1736-1806) był francuskim fizykiem odpowiedzialnym za ustalenie prawa opisującego siłę oddziaływania między ładunkami elektrycznymi. W tym celu Charles Coulomb użył równowaga skrętna, podobna do skali używanej przez that Henry Cavendish aby wyznaczyć stałą powszechnego ciążenia.
Teraz nie przestawaj... Po reklamie jest więcej ;)
O aparatury doświadczalnej używany przez Coulomba składał się z metalowego pręta zdolnego do obracania się, który po naładowaniu był odpychany przez małą metalową kulę naładowaną ładunkami elektrycznymi tego samego znaku. Poniższy rysunek przedstawia schemat wagi skrętnej używanej przez fizyka:
Równowaga torsyjna została wykorzystana przez Coulomba do określenia prawa interakcji między ładunkami elektrycznymi.
Formuła prawa Coulomba
Zgodnie z jego prawem siła między dwiema elektrycznie naładowanymi cząstkami jest wprost proporcjonalna do wielkości ich ładunków i odwrotnie proporcjonalna do kwadratu odległości między nimi. Poniżej przedstawiamy wzór matematyczny opisane przez prawo Coulomba:
fa — siła elektrostatyczna (N)
k0 — dielektryczna stała próżni (Nm²/C²)
Q — ładunek elektryczny (C)
co — próbny ładunek elektryczny (C)
re — odległość między ładunkami (m)
W powyższym wzorze k0 jest stałą proporcjonalności zwaną stałą próżni elektrostatycznej, jej moduł wynosi w przybliżeniu 9,0.109 Nm²/C².Wiemy też, że mnóstwo sygnałrównyodpychać podczas gdy mnóstwo sygnałyprzeciwieństwa się przyciągają, jak pokazano na poniższym rysunku:
Ładunki znaku równości odpychają się, a ładunki znaków przeciwnych przyciągają.
Zobacz też: Co to jest elektryczność?
Warto zauważyć, że nawet jeśli ładunki mają różne moduły, siła przyciągania między nimi jest równa, ponieważ zgodnie z Trzecie prawo Newtona — prawo akcja i reakcja — siła, jaką oskarżenia wobec siebie wywierają, to równy w moduł. Te znajdują się w podobniekierunekjednak w however rozsądek przeciwieństwa.
Włosy kobiety na figurze są obciążone ładunkiem tego samego znaku i dlatego odpychają się nawzajem.
Ważną właściwością siły elektrycznej jest to, że Wielkość wektora, czyli może być napisany za pomocą wektorów. Wektory są zorientowane proste ten prezent moduł, kierunek i sens. Dlatego w przypadkach, gdy dwa lub więcej wektorów siły elektrycznej nie są równoległe lub przeciwne, konieczne jest zastosowanie zasad suma wektorów, w celu obliczenia siły elektrycznej netto działającej na ciało lub cząsteczkę.
Zobacz też: Co to jest pole elektryczne?
Wykres prawa Coulomba
Prawo Coulomba mówi, że siła elektryczna między dwiema naładowanymi cząstkami wynosi odwrotnie proporcjonalna do kwadratu odległości między nimi. Tak więc, jeśli dwa ładunki elektryczne znajdują się w odległości rei spotkaj się w połowie tej odległości (d/2),siła elektryczna między nimi powinna zostać zwiększona czterokrotnie (4F):
Jeśli zmniejszymy odległość między dwoma ładunkami o połowę, siła elektryczna między nimi wzrośnie czterokrotnie.
Sprawdź tabelę przedstawiającą zależność siły elektrycznej między dwoma obciążeniami o module q, rozdzielonymi różnymi odległościami:
moduł zasilania elektrycznego |
Odległość między opłatami |
F/25 |
d/5 |
F 16 |
d/4 |
F/9 |
d/3 |
F/4 |
d/2 |
fa |
re |
4F |
2d |
9F |
3d |
16F |
4d |
25F |
5d |
Umieszczając prawo Coulomba w postaci wykresu siły w funkcji odległości, mamy następującą postać:
Przykłady prawa Coulomba
1) Dwie naładowane elektrycznie cząstki o ładunkach 1,0 μC i 2,0 mC oddzielane są w próżni w odległości 0,5 m. Określ wielkość siły elektrycznej między ładunkami.
Rozkład:
Użyjmy prawa Coulomba do obliczenia wielkości siły elektrycznej działającej na ładunki:
2) Dwie cząstki punktowe naładowane identycznymi ładunkami elektrycznymi i modułem q są oddzielone w odległości d. Następnie należy podwoić (2q) moduł jednego z obciążeń, potroić moduł drugiego (3q) i zmienić odległość między obciążeniami na jedną trzecią początkowej odległości między nimi (d/3). Określ stosunek początkowych i końcowych sił elektrycznych występujących między ładunkami.
Rozwiązane ćwiczenia z prawa Coulomba
1) Dwie naładowane cząstki o identycznych ładunkach elektrycznych q, podtrzymywane przez nierozciągliwe druty i znikomą masę, znajdują się w równowadze sił, jak pokazano na poniższym rysunku:
Jeżeli m = 0,005 kg jest masą każdej z cząstek, należy określić:
Dane:
sol = 10 m/s²
k0 = 9.109 Nm²/C²
a) moduł elektrycznej siły odpychania działającej na ładunki;
b) moduł ładunków elektrycznych cząstek.
Rozkład:
a) W celu obliczenia modułu siły elektrycznej między cząstkami należy zauważyć następujące podobieństwo kątów, patrz rysunek:
Możemy powiedzieć, że tangens kąta θ dwóch trójkątów (którego boki tworzą odległości 4 i 3 oraz F i P) jest równy, więc wykonujemy następujące obliczenie:
b) Po obliczeniu modułu siły elektrycznej między ładunkami można wyznaczyć jej moduł, ponieważ ładunki są identyczne:
Przeze mnie Rafael Helerbrock
