เธ กฎหมายในคูลอมบ์ เป็นกฎฟิสิกส์ที่สำคัญที่ระบุว่าแรงไฟฟ้าสถิตระหว่างประจุไฟฟ้าทั้งสองมีค่าเท่ากับ สัดส่วนกับโมดูลของประจุไฟฟ้าและแปรผกผันกับกำลังสองของระยะทางที่ แยก
กฎของคูลอมบ์และแรงไฟฟ้า
Charles Augustin ใน คูลอมบ์ (1736-1806) เป็นนักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศสที่รับผิดชอบในการกำหนดกฎหมายที่อธิบายแรงของปฏิกิริยาระหว่างประจุไฟฟ้า เพื่อจุดประสงค์นี้ Charles Coulomb ใช้ a ความสมดุลของแรงบิดคล้ายกับมาตราส่วนที่ใช้โดย Henry Cavendishnd เพื่อหาค่าคงที่ของ ความโน้มถ่วงสากล.
อู๋ เครื่องมือทดลอง ใช้โดยคูลอมบ์ประกอบด้วยแท่งโลหะที่สามารถหมุนได้ ซึ่งเมื่อชาร์จแล้ว จะถูกผลักโดยทรงกลมโลหะขนาดเล็กที่มีประจุไฟฟ้าที่มีเครื่องหมายเดียวกัน รูปด้านล่างแสดงแผนผังของความสมดุลของแรงบิดที่นักฟิสิกส์ใช้:
คูลอมบ์ใช้ความสมดุลของแรงบิดเพื่อกำหนดกฎปฏิสัมพันธ์ระหว่างประจุไฟฟ้า
สูตรกฎของคูลอมบ์
ตามกฎหมายของมัน แรงระหว่างอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าสองตัวเป็นสัดส่วนโดยตรงกับขนาดของประจุและเป็นสัดส่วนผกผันกับกำลังสองของระยะห่างระหว่างอนุภาค ข้างล่างนี้ขอนำเสนอ สูตรทางคณิตศาสตร์ อธิบายโดยกฎของคูลอมบ์:
F — แรงไฟฟ้าสถิต (N)
k0 — ค่าคงที่สุญญากาศไดอิเล็กตริก (Nm²/C²)
Q — ประจุไฟฟ้า (C)
อะไร — ทดสอบประจุไฟฟ้า (C)
d — ระยะห่างระหว่างประจุ (ม.)
ในสูตรข้างต้น k0 เป็นค่าคงที่ตามสัดส่วนที่เรียกว่าค่าคงที่สุญญากาศไฟฟ้าสถิต โมดูลัสมีค่าประมาณ 9,0.109 Nm²/C².นอกจากนี้ เรารู้ว่ามีมากมาย สัญญาณเท่ากันขับไล่ ในขณะที่โหลดของ สัญญาณฝ่ายตรงข้ามดึงดูดดังแสดงในรูปด้านล่าง:
ค่าธรรมเนียมการขับไล่เครื่องหมายเท่ากับและการเรียกเก็บเงินของเครื่องหมายตรงข้ามดึงดูด
ดูด้วย: ไฟฟ้าคืออะไร?
เป็นที่น่าสังเกตว่าแม้ว่าโหลดจะมีโมดูลต่างกัน แต่แรงดึงดูดระหว่างพวกมันก็เท่ากันเนื่องจากตาม กฎข้อที่ 3 ของนิวตัน — กฎหมายของ หนังบู๊ และ ปฏิกิริยา — กำลังที่ข้อกล่าวหาทำต่อกันคือ เท่ากัน ใน โมดูล. พบได้ใน are เหมือนกันทิศทางอย่างไรก็ตามใน ความรู้สึก ตรงกันข้าม
ผมของผู้หญิงในรูปนั้นเต็มไปด้วยสัญลักษณ์เดียวกันและผลักกัน
คุณสมบัติที่สำคัญของแรงไฟฟ้าคือ it ความยิ่งใหญ่ของเวกเตอร์นั่นคือ มันสามารถเขียนได้โดยใช้เวกเตอร์ เวกเตอร์คือ มุ่งตรง ที่นำเสนอ โมดูล, ทิศทาง และ ความรู้สึก ดังนั้น ในกรณีที่เวกเตอร์แรงไฟฟ้าตั้งแต่สองตัวขึ้นไปไม่ขนานกันหรือตรงกันข้าม จำเป็นต้องใช้กฎของ ผลรวมเวกเตอร์เพื่อคำนวณแรงไฟฟ้าสุทธิบนวัตถุหรืออนุภาค
ดูด้วย: สนามไฟฟ้าคืออะไร?
กราฟกฎของคูลอมบ์
กฎของคูลอมบ์กล่าวว่าแรงไฟฟ้าระหว่างอนุภาคที่มีประจุสองอนุภาคคือ ผกผัน สัดส่วนกับกำลังสองของระยะห่างระหว่างพวกเขา ดังนั้น ถ้าประจุไฟฟ้าสองประจุอยู่ในระยะห่าง dแล้วมาพบกันครึ่งทางนั้น (ง/2),แรงไฟฟ้าระหว่างกันต้องเพิ่มขึ้นสี่เท่า (4F):
หากเราลดระยะห่างระหว่างประจุสองประจุลงครึ่งหนึ่ง แรงไฟฟ้าระหว่างประจุทั้งสองจะเพิ่มขึ้นสี่เท่า
ตรวจสอบตารางที่แสดงความสัมพันธ์ของแรงไฟฟ้าระหว่างโหลดโมดูลัส q สองโหลด เมื่อคั่นด้วยระยะทางต่างกัน:
โมดูลพลังงานไฟฟ้า |
ระยะห่างระหว่างประจุ |
F/25 |
ง/5 |
F/16 |
d/4 |
F/9 |
d/3 |
F/4 |
d/2 |
F |
d |
4F |
2วัน |
9F |
3d |
16F |
4 วัน |
25F |
5 วัน |
การวางกฎของคูลอมบ์ในรูปของกราฟแรงเทียบกับระยะทาง เรามีรูปแบบดังนี้:
ตัวอย่างกฎของคูลอมบ์
1) อนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าสองอนุภาคที่มีประจุ 1.0 μC และ 2.0 mC ถูกแยกออกจากกันในสุญญากาศที่ระยะห่าง 0.5 ม. กำหนดขนาดของแรงไฟฟ้าที่มีอยู่ระหว่างประจุ
ความละเอียด:
ลองใช้กฎของคูลอมบ์เพื่อคำนวณขนาดของแรงไฟฟ้าที่กระทำต่อประจุ:
2) อนุภาคสองจุดที่มีประจุไฟฟ้าเหมือนกันและมีโมดูลัส q แยกออกจากกันที่ระยะ d จากนั้น เพิ่มโมดูลัสของโหลดตัวใดตัวหนึ่งเป็นสองเท่า (2q) เพิ่มโมดูลัสของอีกตัวหนึ่งเป็นสามเท่า (3q) และเปลี่ยนระยะห่างระหว่างโหลดเป็นหนึ่งในสามของระยะห่างเริ่มต้นระหว่างพวกมัน (d/3) กำหนดอัตราส่วนระหว่างแรงไฟฟ้าเริ่มต้นและขั้นสุดท้ายที่มีอยู่ระหว่างประจุ
แก้ไขแบบฝึกหัดเกี่ยวกับกฎของคูลอมบ์
1) อนุภาคที่มีประจุสองตัวที่มีประจุไฟฟ้าเหมือนกัน q ซึ่งรองรับด้วยลวดที่ขยายไม่ได้และมวลเพียงเล็กน้อยนั้น อยู่ในสมดุลของแรงดังรูปที่แสดงด้านล่าง:
ถ้า m = 0.005 kg เป็นมวลของอนุภาคแต่ละตัว ให้พิจารณาว่า:
ข้อมูล:
ก = 10 ม./วินาที²
k0 = 9.109 Nm²/C²
ก) โมดูลของแรงผลักไฟฟ้าที่กระทำต่อโหลด
b) โมดูลัสของประจุไฟฟ้าของอนุภาค
ความละเอียด:
ก) ในการคำนวณโมดูลัสของแรงไฟฟ้าระหว่างอนุภาค จำเป็นต้องสังเกตความคล้ายคลึงกันระหว่างมุมต่อไปนี้ สังเกตรูป:
เราสามารถพูดได้ว่าแทนเจนต์ของมุม θ ของสามเหลี่ยมสองรูป (ซึ่งด้านที่เกิดขึ้นจากระยะทาง 4 และ 3 และ F และ P) เท่ากัน ดังนั้นเราจึงทำการคำนวณต่อไปนี้:
b) เมื่อคำนวณโมดูลัสของแรงไฟฟ้าระหว่างประจุแล้ว ก็สามารถกำหนดโมดูลัสของมันได้ เนื่องจากประจุเหมือนกัน:
By Me. ราฟาเอล เฮเลอร์บร็อก
