THE zákonvCoulomb je dôležitý fyzikálny zákon, ktorý hovorí, že elektrostatická sila medzi dvoma elektrickými nábojmi je úmerné modulu elektrických nábojov a nepriamo úmerné druhej mocnine vzdialenosti, ktorú oddeľuje.
Coulombov zákon a elektrická sila
Charles Augustin v Coulomb (1736 - 1806) bol francúzsky fyzik zodpovedný za stanovenie zákona popisujúceho silu interakcie medzi elektrickými nábojmi. Na tento účel použil Charles Coulomb a torzná rovnováha, podobne ako v mierke, ktorú používal Henry Cavendish na stanovenie konštanty univerzálna gravitácia.
O experimentálny prístroj používaná Coulombom pozostávala z kovovej tyče schopnej otáčania, ktorá, keď bola nabitá, bola odrazená malou kovovou guľou nabitou elektrickými nábojmi rovnakého znamienka. Nasledujúci obrázok zobrazuje schému torznej rovnováhy použitej fyzikom:
Torzná rovnováha bola použitá Coulombom na určenie zákona interakcie medzi elektrickými nábojmi.
Coulombov zákonný vzorec
Podľa jej zákona je sila medzi dvoma elektricky nabitými časticami priamo úmerná veľkosti ich nábojov a je nepriamo úmerná druhej mocnine vzdialenosti medzi nimi. Ďalej uvádzame
matematický vzorec popísané Coulombovým zákonom:
F - elektrostatická sila (N)
k0 - dielektrická vákuová konštanta (N.m² / C²)
Q - elektrický náboj (C)
čo - skúška elektrického náboja (C)
d - vzdialenosť medzi poplatkami (m)
Vo vyššie uvedenom vzorci k0 je konštanta proporcionality nazývaná elektrostatická vákuová konštanta, jej modul je približne 9,0.109 N.m² / C².Vieme tiež, že veľa signálrovnýodpudzovať zatiaľ čo veľa signályprotiklady sa priťahujú, ako je to znázornené na obrázku nižšie:
Poplatky za rovnaké znamienko odpudzujú a poplatky za opačné znamienka priťahujú.
Pozri tiež: Čo je to elektrina?
Stojí za zmienku, že aj keď majú bremená rôzne moduly, príťažlivá sila medzi nimi je rovnaká, pretože podľa Newtonov 3. zákon - zákon z akcia a reakcia - sila, ktorú proti sebe vznášajú obvinenia, je rovný v modul. Tieto sa nachádzajú v to istésmer, však v zmysly protiklady.
Vlasy ženy na postave sú nabité nábojom rovnakého znamienka, a preto sa navzájom odpudzujú.
Dôležitou vlastnosťou elektrickej sily je, že je a Vektorová veľkosť, to znamená, že sa dá zapísať pomocou vektorov. Vektory sú orientované rovinky že prítomný modul, smer a zmysel. Preto v prípadoch, keď dva alebo viac vektorov elektrických síl nie sú rovnobežné alebo protichodné, je potrebné, aby pravidlá podľa vektorový súčet, na výpočet čistej elektrickej sily na telese alebo častici.
Pozri tiež: Čo je to elektrické pole?
Coulombov zákon graf
Coulombov zákon hovorí, že elektrická sila medzi dvoma nabitými časticami je inverzne úmerný štvorcu vzdialenosti medzi nimi. Teda ak sú dva elektrické náboje vo vzdialenosti d, a príďte sa stretnúť v polovici tejto vzdialenosti (d / 2), elektrická sila medzi nimi by sa mala zvýšiť štvornásobne (4F):
Ak zmenšíme vzdialenosť medzi dvoma nábojmi o polovicu, elektrická sila medzi nimi sa zvýši štvornásobne.
Pozrite sa na tabuľku znázorňujúcu vzťah elektrických síl medzi dvoma zaťaženiami modulu q, keď sú oddelené rôznymi vzdialenosťami:
modul elektrickej energie |
Vzdialenosť medzi poplatkami |
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 |
Ak dáme Coulombov zákon vo forme grafu sily proti vzdialenosti, máme túto podobu:
Príklady Coulombovho zákona
1) Dve elektricky nabité častice s nábojmi 1,0 μC a 2,0 mC sa oddelia vo vákuu na vzdialenosť 0,5 m. Určte veľkosť elektrickej sily medzi nábojmi.
Rozhodnutie:
Použijme Coulombov zákon na výpočet veľkosti elektrickej sily, ktorá pôsobí na náboje:
2) Dve bodové častice nabité rovnakými elektrickými nábojmi a modulom q sú oddelené vo vzdialenosti d. Potom zdvojnásobte (2q) modul jedného zo zaťažení, strojnásobte modul druhého (3q) a zmeňte vzdialenosť medzi záťažami na jednu tretinu počiatočnej vzdialenosti medzi nimi (d / 3). Určte pomer medzi počiatočnou a konečnou elektrickou silou, ktorá existuje medzi nábojmi.
Vyriešené úlohy z Coulombovho zákona
1) Dve nabité častice s identickými elektrickými nábojmi q, podporené neroztiahnuteľnými drôtmi a zanedbateľnou hmotnosťou, sú v rovnováhe síl, ako je znázornené na obrázku nižšie:
Ak m = 0,005 kg je hmotnosť každej z častíc, určite:
Údaje:
g = 10 m / s²
k0 = 9.109 N.m² / C²
a) modul elektrickej odpudzovacej sily, ktorý pôsobí na bremená;
b) modul elektrických nábojov častíc.
Rozhodnutie:
a) Na výpočet modulu elektrickej sily medzi časticami je potrebné všimnúť si nasledujúcu podobnosť medzi uhlami, sledovať obrázok:
Dá sa povedať, že dotyčnica uhla θ dvoch trojuholníkov (ktorých strany sú tvorené vzdialenosťami 4 a 3 a F a P) je rovnaká, a preto vykonáme nasledujúci výpočet:
b) Po vypočítaní modulu elektrickej sily medzi nábojmi je možné určiť jeho modul, pretože náboje sú identické:
Podľa mňa.Rafael Helerbrock