В законвКулон - важный закон физики, который гласит, что электростатическая сила между двумя электрическими зарядами равна пропорциональна модулю электрических зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния, на которое отделяет.
Закон Кулона и электрическая сила
Чарльз Огюстен в Кулон (1736–1806) был французским физиком, ответственным за определение закона, описывающего силу взаимодействия между электрическими зарядами. Для этой цели Шарль Кулон использовал торсионный баланс, аналогично шкале, которая использовалась Генри Кавендиш определить постоянную вселенская гравитация.
О экспериментальный аппарат Используемый Кулоном представлял собой металлический стержень, способный вращаться, который, будучи заряженным, отталкивался небольшой металлической сферой, заряженной электрическими зарядами того же знака. На рисунке ниже показана схема торсионных весов, используемых физиком:
Торсионные весы использовались Кулоном для определения закона взаимодействия между электрическими зарядами.
Формула закона Кулона
Согласно его закону сила между двумя электрически заряженными частицами прямо пропорциональна величине их зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. Ниже мы представляем математическая формула описывается законом Кулона:
F - электростатическая сила (Н)
k0 - диэлектрическая проницаемость вакуума (Нм² / C²)
Q - электрический заряд (Кл)
какие - испытательный электрический заряд (C)
d - расстояние между зарядами (м)
В приведенной выше формуле k0 - константа пропорциональности, называемая постоянной электростатического вакуума, ее модуль приблизительно равен 9,0.109 Нм² / C². Кроме того, мы знаем, что множество сигналравныйотталкивать в то время как множество сигналыпротивоположности притягиваются, как показано на рисунке ниже:
Заряды одинаковых знаков отталкиваются, а заряды противоположных знаков притягиваются.
Смотри тоже: Что такое электричество?
Стоит отметить, что даже если нагрузки имеют разные модули, сила притяжения между ними одинакова, поскольку, согласно 3-й закон Ньютона - закон действие а также реакция - сила, которую предъявляют обвинения друг против друга, равный в модуль. Они находятся в одно и тоженаправлениеоднако в чувства противоположности.
Волосы женщины на фигуре заряжены зарядом одного знака и поэтому отталкиваются друг от друга.
Важным свойством электрической силы является то, что она Величие вектора, то есть его можно записать с помощью векторов. Векторы ориентированные прямые это настоящее модуль, направление а также смысл. Следовательно, в случаях, когда два или более вектора электрической силы не параллельны или противоположны, необходимо, чтобы правила векторная сумма, чтобы вычислить чистую электрическую силу, действующую на тело или частицу.
Смотри тоже: Что такое электрическое поле?
График закона Кулона
Закон Кулона гласит, что электрическая сила между двумя заряженными частицами равна обратно пропорционально квадрату расстояния между ними. Таким образом, если два электрических заряда находятся на расстоянии d, и встретиться на половине этого расстояния (d / 2), электрическая сила между ними должна быть увеличена в четыре раза (4F):
Если уменьшить расстояние между двумя зарядами вдвое, электрическая сила между ними возрастет в четыре раза.
Ознакомьтесь с таблицей, показывающей соотношение электрических сил между двумя нагрузками с модулем q, когда они разделены разными расстояниями:
модуль электропитания |
Расстояние между зарядами |
Ж / 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 |
Представляя закон Кулона в виде графика зависимости силы от расстояния, мы получаем следующую форму:
Примеры закона Кулона
1) Две электрически заряженные частицы с зарядами 1,0 мкКл и 2,0 мкКл разделяются в вакууме на расстоянии 0,5 м. Определите величину электрической силы, существующей между зарядами.
Разрешение:
Давайте воспользуемся законом Кулона, чтобы вычислить величину электрической силы, действующей на заряды:
2) Две точечные частицы, заряженные одинаковыми электрическими зарядами и модулем q, разнесены на расстоянии d. Затем удвойте (2q) модуль одной из нагрузок, утроите модуль другой (3q) и измените расстояние между грузами до одной трети исходного расстояния между ними (d / 3). Определите соотношение между начальными и конечными электрическими силами, существующими между зарядами.
Решенные упражнения по закону Кулона
1) Две заряженные частицы с одинаковыми электрическими зарядами q, поддерживаемые нерастяжимыми проводами и незначительной массой, находятся в балансе сил, как показано на рисунке ниже:
Если m = 0,005 кг - масса каждой из частиц, определите:
Данные:
грамм = 10 м / с²
k0 = 9.109 Нм² / C²
а) модуль силы электрического отталкивания, действующей на нагрузки;
б) модуль электрических зарядов частиц.
разрешение:
а) Чтобы рассчитать модуль электрической силы между частицами, необходимо заметить следующее сходство между углами, обратите внимание на рисунок:
Мы можем сказать, что тангенс угла θ двух треугольников (стороны которых образованы расстояниями 4 и 3, а также F и P) равен, и поэтому мы выполняем следующий расчет:
б) Рассчитав модуль электрической силы между зарядами, можно определить его модуль, поскольку заряды идентичны:
Автор: Рафаэль Хелерброк
