Coulombův zákon jednoduchými slovy
Objev příběhu
Sh.O. Přívěsek v roce 1785 poprvé experimentálně prokázal interakce popsané zákonem. Ve svých experimentech používal speciální torzní stupnice. Avšak v roce 1773 Cavendish prokázal na příkladu sférického kondenzátoru, že uvnitř koule není elektrické pole. To naznačuje, že elektrostatické síly se mění podle vzdálenosti mezi těly. Přesněji řečeno, druhá mocnina. Poté jeho studie nebyly zveřejněny. Historicky byl tento objev pojmenován po Coulombovi a množství, ve kterém se náboj měří, má podobné jméno.
Formulace
Definice Coulombova zákona stanoví:Ve vakuu F interakce dvou nabitých těles je přímo úměrná součinu jejich modulů a nepřímo úměrná čtverci vzdálenosti mezi nimi.
Zní to krátce, ale nemusí to být jasné všem. Jednoduše řečeno:Čím větší je nabití těl a čím blíže jsou k sobě, tím větší je síla.
A naopak:Pokud zvětšete vzdálenost mezi náboji - síla bude menší.
Vzorec Coulombova pravidla vypadá takto:
Označení písmen: q je velikost náboje, r je vzdálenost mezi nimi, k je koeficient, závisí na vybraném systému jednotek.
Velikost náboje q může být podmíněně pozitivní nebo podmíněně záporná. Toto rozdělení je velmi svévolné. Když se těla dotknou, může být přenášena z jednoho na druhého. Z toho vyplývá, že stejné tělo může mít náboj různé velikosti a znamení. Bodový náboj je náboj nebo tělo, jehož rozměry jsou mnohem menší než vzdálenost možné interakce.
Je třeba mít na paměti, že médium, ve kterém jsou umístěny náboje, ovlivňuje interakci F. Protože je téměř stejný ve vzduchu i ve vakuu, objev Coulomb je použitelný pouze na tato média, to je jedna z podmínek pro použití tohoto typu vzorce. Jak již bylo zmíněno, v systému SI je jednotkou náboje Coulomb, zkráceně Cl. Charakterizuje množství elektřiny za jednotku času. Je odvozen ze základních jednotek SI.
1 C = 1 A * 1 s
Je třeba poznamenat, že rozměr 1 C je nadměrný. Vzhledem k tomu, že se nosiče navzájem odpuzují, je obtížné je udržovat v malém těle, i když proud v 1A je malý, pokud proudí ve vodiči. Například proud 0,5 A proudí ve stejné žárovce o výkonu 100 W a v elektrickém ohřívači proudí více než 10 A. Taková síla (1 C) je přibližně stejná jako hmotnost 1 tuny působící na tělo ze strany zeměkoule.
Možná jste si všimli, že vzorec je prakticky stejný jako v gravitační interakci, pouze pokud se masy objeví v newtonovské mechanice, pak náboje v elektrostatice.
Coulombův vzorec pro dielektrické médium
Koeficient zohledňující hodnoty systému SI je stanoven v N2* m2/ Cl2. Rovná se:
V mnoha učebnicích lze tento koeficient nalézt ve formě zlomku:
Zde e0= 8,85 * 10-12 Kl2 / N * m2 - toto je elektrická konstanta. Pro dielektrikum je E dielektrická konstanta média, pak Coulombův zákon může být použit pro výpočet sil interakce nábojů pro vakuum a médium.
S ohledem na vliv dielektrika má tvar:
Odtud vidíme, že zavedení dielektrika mezi těly snižuje sílu F.
Jak se řídí síly
Nálože se vzájemně ovlivňují v závislosti na jejich polaritě - stejné se odrazí a opak (opačný) se přitahuje.
Mimochodem, to je hlavní rozdíl od podobného zákona gravitační interakce, kde jsou těla vždy přitahována. Síly jsou směrovány podél čáry mezi nimi, nazývané vektor poloměru. Ve fyzice, označovaný jako r12 a jako vektor rádiusu od prvního do druhého náboje a naopak. Síly jsou směrovány od středu náboje k opačnému náboji podél této linie, pokud jsou náboje opačné, a v opačném směru, pokud jsou stejného jména (dvě kladné nebo dvě záporné). Ve vektorové podobě:
Síla aplikovaná na první náboj ze strany druhé se označuje jako F12. Pak ve vektorové formě je Coulombův zákon následující:
Pro určení síly aplikované na druhý náboj se použije notace F21 a R21.
Pokud má tělo složitý tvar a je dostatečně velké, že v dané vzdálenosti ho nelze považovat za bod, rozdělí se na malé úseky a každá část se považuje za bodový náboj. Po geometrickém přidání všech výsledných vektorů se získá výsledná síla. Atomy a molekuly vzájemně interagují podle stejného zákona.
Praktická aplikace
Coulombova práce je v elektrostatice velmi důležitá, v praxi se používá v řadě vynálezů a zařízení. Pozoruhodným příkladem je hromosvod. S jeho pomocí jsou budovy a elektrické instalace chráněny před bouřkami, čímž se předchází požáru a selhání zařízení. Když prší s bouřkou na zemi a objeví se indukovaný náboj velké velikosti, přitahují se ke straně mraku. Ukazuje se, že na povrchu Země se objevuje velké elektrické pole. V blízkosti špičky blesku má velkou hodnotu, v důsledku čehož je koronový výboj zapálen od špičky (ze země, skrze blesk do oblaku). Náboj ze země je podle Coulombova zákona přitahován k opačnému náboji mraku. Vzduch je ionizován a elektrické pole se blíží ke konci hromosvodu. Poplatky se tedy na budově nehromadí, v tomto případě je pravděpodobnost úderu blesku malá. Pokud dojde k nárazu do budovy, pak prostřednictvím ochrany před bleskem veškerá energie půjde k zemi.
Ve seriózním vědeckém výzkumu se používá největší konstrukce 21. století - urychlovač částic. Elektrické pole v něm pracuje na zvyšování energie částic. Pokud vezmeme v úvahu tyto procesy z hlediska dopadu na bodový poplatek skupinou poplatků, pak se všechny vztahy zákona ukážou jako platné.
Nakonec doporučujeme sledovat video, které poskytuje podrobné vysvětlení Coulombova zákona:
Užitečné pro toto téma:
Načítám ...
