Ley de Coulomb en palabras simples
Historia de descubrimiento
Sh.O. El colgante en 1785 por primera vez probó experimentalmente las interacciones descritas por la ley. En sus experimentos, utilizó escalas especiales de torsión. Sin embargo, en 1773, Cavendish demostró, utilizando el ejemplo de un condensador esférico, que no hay campo eléctrico dentro de la esfera. Esto sugiere que las fuerzas electrostáticas varían con la distancia entre los cuerpos. Para ser más precisos, la distancia al cuadrado. Entonces sus estudios no fueron publicados. Históricamente, este descubrimiento lleva el nombre de Coulomb, y la cantidad en la que se mide la carga tiene un nombre similar.
Redacción
La definición de la ley de Coulomb establece:En el vacío La interacción F de dos cuerpos cargados es directamente proporcional al producto de sus módulos e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre ellos.
Suena corto, pero puede no estar claro para todos. En palabras simples:Cuanto mayor es la carga que tienen los cuerpos y cuanto más cerca están entre sí, mayor es la fuerza.
Y viceversa:Si aumenta la distancia entre las cargas, la fuerza será menor.
La fórmula de la regla de Coulomb se ve así:
La designación de las letras: q es la magnitud de la carga, r es la distancia entre ellas, k es el coeficiente, depende del sistema de unidades seleccionado.
La magnitud de la carga q puede ser condicionalmente positiva o condicionalmente negativa. Esta división es muy arbitraria. Cuando los cuerpos se tocan, se puede transmitir de uno a otro. Se deduce que el mismo cuerpo puede tener una carga de diferente magnitud y signo. Una carga puntual es una carga o cuerpo cuyas dimensiones son mucho más pequeñas que la distancia de una posible interacción.
Debe tenerse en cuenta que el medio en el que se encuentran las cargas afecta la interacción F. Dado que es casi igual en el aire y en el vacío, el descubrimiento de Coulomb es aplicable solo a estos medios, esta es una de las condiciones para aplicar este tipo de fórmula. Como ya se mencionó, en el sistema SI la unidad de carga es el Coulomb, abreviado Cl. Caracteriza la cantidad de electricidad por unidad de tiempo. Se deriva de las unidades básicas del SI.
1 C = 1 A * 1 s
Vale la pena señalar que la dimensión de 1 C es excesiva. Debido al hecho de que los portadores se repelen entre sí, es difícil mantenerlos en un cuerpo pequeño, aunque la corriente en 1A es pequeña, si fluye en un conductor. Por ejemplo, una corriente de 0.5 A fluye en la misma lámpara incandescente de 100 W, y más de 10 A fluye en un calentador eléctrico. Dicha fuerza (1 C) es aproximadamente igual a la masa de 1 tonelada que actúa sobre el cuerpo desde el lado del globo.
Es posible que haya notado que la fórmula es prácticamente la misma que en la interacción gravitacional, solo si las masas aparecen en la mecánica newtoniana, luego las cargas en la electrostática.
Fórmula de Coulomb para un medio dieléctrico
El coeficiente que tiene en cuenta los valores del sistema SI se determina en N2* m2/ Cl2. Es igual a:
En muchos libros de texto, este coeficiente se puede encontrar en forma de fracción:
Aquí e0= 8.85 * 10-12 Kl2 / N * m2 - esta es la constante eléctrica. Para un dieléctrico, E es la constante dieléctrica del medio, entonces la ley de Coulomb se puede usar para calcular las fuerzas de interacción de las cargas para el vacío y el medio.
Dada la influencia del dieléctrico, tiene la forma:
Desde aquí vemos que la introducción de un dieléctrico entre cuerpos reduce la fuerza F.
¿Cómo se dirigen las fuerzas?
Las cargas interactúan entre sí dependiendo de su polaridad: las cargas idénticas se repelen entre sí, y lo opuesto (opuesto) se atrae.
Por cierto, esta es la principal diferencia de la ley similar de interacción gravitacional, donde los cuerpos siempre son atraídos. Las fuerzas se dirigen a lo largo de la línea dibujada entre ellas, llamada el vector de radio. En física, denotado como r12 y como un vector de radio de la primera a la segunda carga y viceversa. Las fuerzas se dirigen desde el centro de la carga a la carga opuesta a lo largo de esta línea, si las cargas son opuestas, y en la dirección opuesta, si son del mismo nombre (dos positivas o dos negativas). En forma vectorial:
La fuerza aplicada a la primera carga desde el lado de la segunda se denota como F12. Luego, en forma vectorial, la ley de Coulomb es la siguiente:
Para determinar la fuerza aplicada a la segunda carga, la notación F21 y R21.
Si el cuerpo tiene una forma compleja y es lo suficientemente grande como para que a una distancia dada no se pueda considerar puntual, entonces se divide en secciones pequeñas y cada sección se considera como una carga puntual. Después de la adición geométrica de todos los vectores resultantes, se obtiene la fuerza resultante. Los átomos y las moléculas interactúan entre sí de acuerdo con la misma ley.
Aplicación práctica
El trabajo de Coulomb es muy importante en electrostática; en la práctica, se usa en una serie de inventos y dispositivos. Un ejemplo sorprendente es el pararrayos. Con su ayuda, los edificios e instalaciones eléctricas están protegidos de tormentas eléctricas, evitando así incendios y fallas en los equipos. Cuando llueve con una tormenta eléctrica en la tierra, aparece una carga inducida de gran magnitud, que se sienten atraídos por el lado de la nube. Resulta que aparece un gran campo eléctrico en la superficie de la tierra. Cerca de la punta del pararrayos tiene un gran valor, como resultado de esto, se enciende una descarga corona desde la punta (desde el suelo, a través del pararrayos hasta la nube). La carga de la tierra es atraída a la carga opuesta de la nube, de acuerdo con la ley de Coulomb. El aire se ioniza y el campo eléctrico disminuye cerca del final del pararrayos. Por lo tanto, las cargas no se acumulan en el edificio, en cuyo caso la probabilidad de un rayo es pequeña. Si ocurre un golpe en el edificio, entonces, a través de la protección contra rayos, toda la energía irá al suelo.
En una investigación científica seria, se usa la construcción más grande del siglo XXI: el acelerador de partículas. En él, un campo eléctrico hace el trabajo de aumentar la energía de las partículas. Considerando estos procesos desde el punto de vista del impacto en un cargo puntual por un grupo de cargos, entonces todas las relaciones de la ley resultan ser válidas.
Finalmente, recomendamos ver un video que proporcione una explicación detallada de la Ley de Coulomb:
Útil sobre el tema:
Cargando ...
