THE законвКулон є важливим законом фізики, який стверджує, що електростатична сила між двома електричними зарядами є пропорційно модулю електричних зарядів і обернено пропорційно квадрату відстані, що відокремлює.
Закон Кулона і електрична сила
Чарльз Огюстен в Кулон (1736-1806) - французький фізик, відповідальний за визначення закону, що описує силу взаємодії між електричними зарядами. З цією метою Чарльз Кулон використав a торсійний баланс, подібно до шкали, яку використовував Генрі Кавендіш для визначення константи універсальна гравітація.
О експериментальний апарат використовуваний Кулоном складався з металевого стрижня, здатного обертатися, який при заряді відштовхувався невеликою металевою кулею, зарядженою електричними зарядами того самого знака. На малюнку нижче показано схему торсіонного балансу, який використовував фізик:
Торсіонний баланс був використаний Кулоном для визначення закону взаємодії між електричними зарядами.
Формула закону Кулона
Відповідно до її закону сила між двома електрично зарядженими частинками прямо пропорційна величині їх зарядів і обернено пропорційна квадрату відстані між ними. Нижче ми представляємо
математична формула описаний законом Кулона:
F - електростатична сила (Н)
k0 - діелектрична вакуумна постійна (Нм² / С²)
Питання - електричний заряд (C)
що - перевірити електричний заряд (C)
d - відстань між зарядами (м)
У наведеній вище формулі k0 - константа пропорційності, що називається електростатичною вакуумною константою, її модуль дорівнює приблизно 9,0.109 N.m² / C²Крім того, ми знаємо, що багато сигналурівнийвідбивати в той час як навантаження сигналипротилежності притягуються, як показано на малюнку нижче:
Звинувачення в знаку рівності відбивають, а заряди в протилежних знаках приваблюють.
Дивіться теж: Що таке електрика?
Варто зазначити, що навіть якщо навантаження мають різні модулі, сила притягання між ними дорівнює, оскільки, згідно з Третій закон Ньютона - закон Росії дії і реакція - сила, яку висувають звинувачення один проти одного рівний в модуль. Вони знайдені в те саменапрямкуоднак у почуттів протилежності.
Волосся жінки на малюнку завантажені зарядом того самого знака і тому відштовхують одне одного.
Важливою властивістю електричної сили є те, що вона є Велич вектора, тобто його можна записати за допомогою векторів. Вектори є орієнтовані прямі що присутній модуль, напрямку і сенс. Отже, у випадках, коли два або більше векторів електричної сили не є паралельними або протилежними, необхідно застосовувати правила векторна сума, для того, щоб розрахувати чисту електричну силу на тіло чи частинку.
Дивіться теж: Що таке електричне поле?
Графік закону Кулона
Закон Кулона стверджує, що електрична сила між двома зарядженими частинками становить обернено пропорційна квадрату відстані між ними. Таким чином, якщо два електричні заряди знаходяться на відстані d, і прийти назустріч на половині цієї відстані (д / 2), електричну силу між ними слід збільшити в чотири рази (4F):
Якщо зменшити відстань між двома зарядами вдвічі, електрична сила між ними збільшується в чотири рази.
Ознайомтеся з таблицею, що показує залежність електричної сили між двома навантаженнями модуля q, розділених різними відстанями:
модуль електроенергії |
Відстань між зарядами |
F / 25 |
д / 5 |
F / 16 |
г / 4 |
F / 9 |
г / 3 |
F / 4 |
г / 2 |
F |
d |
4F |
2г |
9F |
3d |
16F |
4г |
25F |
5г |
Поставивши закон Кулона у вигляді графіка сили проти відстані, ми маємо такий вигляд:
Приклади закону Кулона
1) Дві електрично заряджені частинки із зарядами 1,0 мкС та 2,0 мкц розділені у вакуумі на відстані 0,5 м. Визначте величину електричної сили між зарядами.
Дозвіл:
Давайте скористаємося законом Кулона для обчислення величини електричної сили, що діє на заряди:
2) Дві точкові частинки, заряджені однаковими електричними зарядами та модулем q, розділені на відстані d. Потім подвойте (2q) модуль одного з навантажень, потрійний модуль іншого (3q) і змініть відстань між навантаженнями на третину початкової відстані між ними (d / 3). Визначте співвідношення між початковою та кінцевою електричними силами, що існують між зарядами.
Розв’язані вправи з закону Кулона
1) Дві заряджені частинки з однаковими електричними зарядами q, підтримувані нерозтяжними дротами та незначною масою, знаходяться в балансі сил, як показано на малюнку нижче:
Якщо m = 0,005 кг - маса кожної з частинок, визначте:
Дані:
g = 10 м / с²
k0 = 9.109 N.m² / C²
а) модуль сили електричного відштовхування, що діє на навантаження;
б) модуль електричних зарядів частинок.
Дозвіл:
а) Для того, щоб розрахувати модуль електричної сили між частинками, необхідно помітити таку подібність між кутами, дотримуйтесь малюнок:
Можна сказати, що тангенс кута θ двох трикутників (сторони яких утворені відстанями 4 і 3 і F і P) дорівнює, і тому ми робимо наступний розрахунок:
б) Розрахувавши модуль електричної сили між зарядами, можна визначити її модуль, оскільки заряди однакові:
Мені Рафаель Хелерброк
