THE legeînCoulomb este o lege importantă a fizicii care afirmă că forța electrostatică dintre două sarcini electrice este proporțional cu modulul sarcinilor electrice și invers proporțional cu pătratul distanței pe care separă.
Legea lui Coulomb și forța electrică
Charles Augustin în Coulomb (1736-1806) a fost un fizician francez responsabil de determinarea legii care descrie forța interacțiunii dintre sarcinile electrice. În acest scop, Charles Coulomb a folosit un echilibrul de torsiune, similar cu scara utilizată de Henry Cavendish pentru a determina constanta lui gravitația universală.
O aparat experimental folosit de Coulomb consta dintr-o tijă metalică capabilă să se rotească, care, când a fost încărcată, a fost respinsă de o mică sferă metalică încărcată cu sarcini electrice de același semn. Figura de mai jos prezintă o schemă a echilibrului de torsiune folosit de fizician:
Echilibrul de torsiune a fost folosit de Coulomb pentru a determina legea interacțiunii dintre sarcinile electrice.
Formula legii lui Coulomb
Conform legii sale, forța dintre două particule încărcate electric este direct proporțională cu magnitudinea sarcinilor lor și este invers proporțională cu pătratul distanței dintre ele. Mai jos, vă prezentăm formula matematică descris de legea lui Coulomb:
F - forța electrostatică (N)
k0 - constanta de vid dielectric (N.m² / C²)
Î - încărcare electrică (C)
ce - testarea sarcinii electrice (C)
d - distanța dintre încărcări (m)
În formula de mai sus, k0 este o constantă de proporționalitate numită constantă de vid electrostatic, modulul său este aproximativ 9,0.109 N.m² / C²De asemenea, știm că o mulțime de semnalegalrespinge în timp ce o mulțime de semnaleextremele se atrag, așa cum se arată în figura de mai jos:
Încărcăturile de semne egale se resping, iar cele de semne opuse atrag.
Vezi și tu: Ce este electricitatea?
Este demn de remarcat faptul că, chiar dacă sarcinile au module diferite, forța de atracție între ele este egală, deoarece, conform A treia lege a lui Newton - legea acțiune și reacţie - forța pe care acuzațiile o fac reciproc este egal în modul. Acestea se găsesc în la feldirecţie, cu toate acestea, în simțurile contrarii.
Părul femeii din figură este încărcat cu sarcina aceluiași semn și, prin urmare, se respinge reciproc.
O proprietate importantă a forței electrice este că este o Măreția vectorială, adică poate fi scris folosind vectori. Vectorii sunt drepte orientate acel prezent modul, direcţie și sens. Prin urmare, în cazurile în care doi sau mai mulți vectori de forță electrică nu sunt paraleli sau opuși, este necesar ca regulile suma vectorială, pentru a calcula forța electrică netă asupra unui corp sau a unei particule.
Vezi și tu: Ce este un câmp electric?
Graficul legii lui Coulomb
Legea lui Coulomb afirmă că forța electrică dintre două particule încărcate este invers proporțional cu pătratul distanței dintre ele. Astfel, dacă două încărcături electrice sunt la distanță d, și veniți să vă întâlniți la jumătate din această distanță (d / 2), forța electrică dintre ele ar trebui mărită de patru ori (4F):
Dacă reducem distanța dintre două sarcini la jumătate, forța electrică dintre ele crește de patru ori.
Consultați un tabel care arată relația forței electrice dintre două sarcini de modul q, atunci când sunt separate de distanțe diferite:
modulul de putere electrică |
Distanța dintre taxe |
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 |
Punând legea lui Coulomb sub forma unui grafic al forței versus distanță, avem următoarea formă:
Exemple de lege a lui Coulomb
1) Două particule încărcate electric, cu sarcini de 1,0 μC și 2,0 mC, sunt separate în vid la o distanță de 0,5 m. Determinați magnitudinea forței electrice existente între sarcini.
Rezoluţie:
Să folosim legea lui Coulomb pentru a calcula magnitudinea forței electrice care acționează asupra sarcinilor:
2) Două particule punctiforme încărcate cu sarcini electrice identice și de modul q sunt separate la o distanță d. Apoi, dublați (2q) modulul uneia dintre sarcini, triplați modulul celeilalte (3q) și modificați distanța dintre sarcini la o treime din distanța inițială dintre ele (d / 3). Determinați raportul dintre forțele electrice inițiale și finale existente între sarcini.
Exerciții rezolvate despre legea lui Coulomb
1) Două particule încărcate cu sarcini electrice identice q, susținute de fire inextensibile și masă neglijabilă, se află într-un echilibru de forțe, așa cum se arată în figura de mai jos:
Dacă m = 0,005 kg este masa fiecărei particule, determinați:
Date:
g = 10 m / s²
k0 = 9.109 N.m² / C²
a) modulul forței electrice de respingere care acționează asupra sarcinilor;
b) modulul sarcinilor electrice ale particulelor.
Rezoluţie:
a) Pentru a calcula modulul forței electrice dintre particule, este necesar să observați următoarea similitudine între unghiuri, respectați figura:
Putem spune că tangenta unghiului θ al celor două triunghiuri (ale căror laturi sunt formate de distanțele 4 și 3 și F și P) este egală și deci facem următorul calcul:
b) După calcularea modulului forței electrice dintre sarcini, este posibil să se determine modulul acestuia, deoarece sarcinile sunt identice:
De mine. Rafael Helerbrock