Що таке закон Кулона?
Закон Кулона використовується в галузі фізики для обчислити електричну силу, що діє між двома зарядами у спокої.
З цього закону можна передбачити, якою буде електростатична сила притягання або відштовхування, що існує між двома частинками, відповідно до їх електричного заряду та відстані між ними.
Закон Кулона зобов’язаний своєю назвою французькому фізику Шарлю-Огюстену де Кулону, який у 1875 р. Проголосив цей закон і який становить основу електростатики:
"Величина кожної з електричних сил, з якими два точкові заряди взаємодіють у стані спокою, прямо пропорційна добутку величини обох зарядів і обернено пропорційна квадрату відстані, яка їх розділяє, і має напрямок лінії, що стикується їх … Сила відштовхування, якщо заряди мають однаковий знак, і сила тяжіння, якщо вони протилежного знака ”.
Цей закон представлений таким чином:
- F = електрична сила притягання або відштовхування в Ньютонах (N). Як заряди відбиваються, а протилежні заряди залучаються.
- k = - це Постійна Кулона або електрична константа пропорційності. Сила змінюється залежно від електричної проникності (ε) середовища, будь то вода, повітря, масло, вакуум та ін.
- що = значення електричних зарядів, виміряних в Кулоні (C).
- р = відстань, яка розділяє заряди і вимірюється в метрах (м).
Слід зазначити, що електрична діелектрична проникність вакууму є постійною і однією з найбільш широко використовуваних. Обчислюється таким чином: ε 0 = 8,8541878176x10-12 C.2 / (Нм2). Вкрай важливо враховувати діелектричну проникність матеріалу.
Значення константи Кулона в Міжнародній системі вимірювань становить:
Цей закон враховує лише взаємодію між двома точковими зарядами одночасно і лише визначає силу, яка існує між q1 і що2 без урахування навантажень навколо.
Кулон зумів визначити властивості електростатичної сили, розробивши торсіонний баланс як інструмент для дослідження, який складався із стержня, що звисає на волокні з можливістю скручуватися та повертатися у вихідне положення.
Таким чином, Кулон міг виміряти силу, що діє на точку на брусі, розмістивши кілька заряджених сфер на різній відстані, щоб виміряти силу притягання або відштовхування при обертанні бруска.
Електростатична сила
Електричний заряд є властивістю речовини і є причиною явищ, пов’язаних з електрикою.
Електростатика - це розділ фізики, який вивчає ефекти, що генеруються в тілах відповідно до їх електричних зарядів у рівновазі.
Електрична сила (F) пропорційна зарядам, що з’єднуються, і обернено пропорційна відстані між ними. Ця сила діє між зарядами радіально, тобто лінією між зарядами, отже, це радіальний вектор між двома зарядами.
Отже, два заряди одного і того ж знака породжують позитивну силу, наприклад: - ∙ - = + або + ∙ + = +. З іншого боку, два заряди з протилежними знаками породжують негативну силу, наприклад: - ∙ + = - або + ∙ - = -.
Однак два заряди з однаковим знаком відштовхуються (+ + / - -), але два заряди з різними знаками притягуються (+ - / - +).
Приклад: якщо натерти тефлонову стрічку рукавичкою, рукавичка заряджена позитивно, а стрічка - негативно, тому, коли вони наближаються, вони притягують один одного. Тепер, якщо натерти надуту повітряну кулю волоссям, вона буде заряджена негативною енергією, і коли вона буде наближена до тефлонової стрічки, обидва відштовхують один одного, оскільки вони мають однаковий тип заряду.
Подібним чином ця сила залежить від електричного заряду та відстані між ними, вона є фундаментальним принципом електростатики, а також законом, що застосовується до зарядів у стані спокою в системі відліку.
Варто згадати, що на малі відстані сили електричних зарядів зростають, а на великі відстані сили електричних зарядів зменшуються, тобто зменшуються в міру віддалення зарядів один від одного.
Величина сили
Величина електромагнітної сили є такою, яка впливає на тіла, що містять електричний заряд, і це може призвести до фізичного або хімічного перетворення, оскільки тіла можуть залучати або відштовхувати одне одного.
Отже, величина, що діє на два електричні заряди, дорівнює константі середовища, в якому розташовані електричні заряди, за коефіцієнтом між добутком кожного з них та відстанню, яка їх розділяє в квадраті.
Величина електростатичної сили пропорційна добутку величини зарядів q1 тому що2. Електростатична сила на близькій відстані дуже потужна.
Приклади закону Кулона
Нижче наведені різні приклади вправ, де слід застосовувати закон Кулона.
Приклад 1
У нас є два електричні заряди, один із + 3c та другий із -2c, розділені відстанню 3m. Для обчислення сили, яка існує між обома зарядами, необхідно помножити постійну К на добуток обох зарядів. Як видно на зображенні, отримано негативну силу.
Ілюстрований приклад того, як застосовувати закон Кулона:
Приклад 2
Ми отримали навантаження 6 х 10-6C (q1), що знаходиться на відстані 2 м від навантаження -4 х 10-6C (q2). Отже, яка величина сили між цими двома зарядами?
до. Коефіцієнти множаться: 9 х 6 х 4 = 216.
b. Показники додаються алгебраїчно: -6 та -6 = -12. Зараз -12 + 9 = -3.
Відповідь: F = 54 x 10-3 Н.
Приклади вправ
1. Маємо навантаження 3 х 10-6C (q1) та інше навантаження -8 x 10-6C (q2) на відстані 2 м. Яка величина сили притягання, яка існує між ними?
Відповідь: F = 54 X 10-3 Н.
2. Визначте силу, що діє між двома електричними зарядами 1 х 10-6C (q1) і ще 2,5 х 10 навантаження-6C (q2), які перебувають у спокої та у вакуумі на відстані 5 см (пам’ятайте, щоб довести см до м, дотримуючись Міжнародної системи вимірювань).
Відповідь: F = 9 Н.
