Prawo Coulomba w prostych słowach
Historia odkrycia
Sh.O. Zawieszka z 1785 roku po raz pierwszy eksperymentalnie udowodniła interakcje opisane przez prawo. W swoich eksperymentach używał specjalnych skal skrętnych. Jednak już w 1773 r. Cavendish udowodnił na przykładzie kondensatora sferycznego, że wewnątrz kuli nie ma pola elektrycznego. Sugeruje to, że siły elektrostatyczne zmieniają się wraz z odległością między ciałami. Mówiąc ściślej, odległość do kwadratu. Potem jego badania nie zostały opublikowane. Historycznie odkrycie to nosiło nazwę Coulomba, a ilość, w której mierzony jest ładunek, ma podobną nazwę.
Sformułowanie
Definicja prawa Coulomba stanowi:W odkurzaczu Oddziaływanie F dwóch naładowanych ciał jest wprost proporcjonalne do iloczynu ich modułów i odwrotnie proporcjonalne do kwadratu odległości między nimi.
Brzmi krótko, ale może nie być jasne dla wszystkich. W prostych słowach:Im większy ładunek mają ciała i im są bliżej siebie, tym większa jest siła.
I wzajemnie:Jeśli zwiększysz odległość między ładunkami - siła stanie się mniejsza.
Formuła reguły Coulomba wygląda następująco:
Oznaczenie liter: q jest wielkością ładunku, r jest odległością między nimi, k jest współczynnikiem, zależy od wybranego układu jednostek.
Wielkość ładunku q może być warunkowo dodatnia lub warunkowo ujemna. Podział ten jest bardzo arbitralny. Kiedy ciała się stykają, można je przenosić między sobą. Wynika z tego, że to samo ciało może mieć ładunek o różnej wielkości i znaku. Punktowy ładunek to ładunek lub ciało, którego wymiary są znacznie mniejsze niż odległość możliwej interakcji.
Należy pamiętać, że medium, w którym znajdują się ładunki, wpływa na interakcję F. Ponieważ jest prawie równy w powietrzu i w próżni, odkrycie Coulomba ma zastosowanie tylko do tych mediów, jest to jeden z warunków zastosowania tego rodzaju formuły. Jak już wspomniano, w układzie SI jednostką ładowania jest kulomb, w skrócie Cl. Charakteryzuje ilość energii elektrycznej na jednostkę czasu. Wywodzi się z podstawowych jednostek SI.
1 C = 1 A * 1 s
Warto zauważyć, że wymiar 1 C jest nadmierny. Ze względu na to, że nośniki odpychają się, trudno jest trzymać je w małym ciele, chociaż prąd w 1A jest niewielki, jeśli płynie w przewodniku. Na przykład prąd 0,5 A płynie w tej samej żarówce 100 W., a więcej niż 10 A. płynie w grzejniku elektrycznym. Siła taka (1 C) jest w przybliżeniu równa masie 1 tony działającej na ciało od strony kuli ziemskiej.
Być może zauważyłeś, że wzór jest praktycznie taki sam jak w oddziaływaniu grawitacyjnym, tylko jeśli masy pojawiają się w mechanice newtonowskiej, a następnie ładunki w elektrostatyce.
Formuła kulombowa dla ośrodka dielektrycznego
Współczynnik uwzględniający wartości układu SI określa się w N2* m2/ Cl2. Jest to równe:
W wielu podręcznikach współczynnik ten można znaleźć w postaci ułamka:
Tutaj e0= 8,85 * 10-12 Kl2 / N * m2 - jest to stała elektryczna. W przypadku dielektryka E jest stałą dielektryczną ośrodka, a następnie można zastosować prawo Coulomba do obliczenia sił oddziaływania ładunków dla próżni i ośrodka.
Biorąc pod uwagę wpływ dielektryka, ma on postać:
Stąd widzimy, że wprowadzenie dielektryka między ciałami zmniejsza siłę F.
Jak kierowane są siły
Ładunki współdziałają ze sobą w zależności od ich biegunowości - identyczne ładunki odpychają się, a przeciwne (przeciwne) przyciągają.
Nawiasem mówiąc, jest to główna różnica w stosunku do podobnego prawa interakcji grawitacyjnej, w którym ciała są zawsze przyciągane. Siły są kierowane wzdłuż linii między nimi, zwanej wektorem promienia. W fizyce oznaczony jako r12 oraz jako wektor promieniowy od pierwszego do drugiego ładunku i odwrotnie. Siły są kierowane od środka ładunku do przeciwnego ładunku wzdłuż tej linii, jeśli ładunki są przeciwne, i w przeciwnym kierunku, jeśli mają tę samą nazwę (dwa dodatnie lub dwa ujemne). W postaci wektorowej:
Siła przyłożona do pierwszego ładunku od strony drugiego jest oznaczona jako F.12. Następnie w postaci wektorowej prawo Coulomba wygląda następująco:
Aby określić siłę przyłożoną do drugiego ładunku, notacja F21 i R21.
Jeśli ciało ma złożony kształt i jest wystarczająco duże, aby w danej odległości nie mogło być uważane za punkt, wówczas jest dzielone na małe sekcje, a każda sekcja jest uważana za ładunek punktowy. Po geometrycznym dodaniu wszystkich uzyskanych wektorów otrzymuje się wynikową siłę. Atomy i cząsteczki oddziałują na siebie zgodnie z tym samym prawem.
Praktyczne zastosowanie
Praca Coulomba jest bardzo ważna w elektrostatyce; w praktyce jest wykorzystywana w wielu wynalazkach i urządzeniach. Uderzającym przykładem jest piorunochron. Z jego pomocą budynki i instalacje elektryczne są chronione przed burzami, zapobiegając w ten sposób pożarom i awariom sprzętu. Kiedy na ziemi pada burza z piorunami, pojawia się indukowany ładunek o dużej wielkości, przyciągają go z boku chmury. Okazuje się, że na powierzchni ziemi pojawia się duże pole elektryczne. W pobliżu czubka pioruna ma dużą wartość, w wyniku czego następuje wyładowanie koronowe z czubka (z ziemi, przez piorun do chmury). Ładunek z ziemi jest przyciągany do przeciwnego ładunku chmury, zgodnie z prawem Coulomba. Powietrze jest jonizowane, a pole elektryczne maleje w pobliżu końca piorunochronu. W związku z tym na budynku nie kumulują się ładunki, w którym to przypadku prawdopodobieństwo uderzenia pioruna jest niewielkie. Jeśli dojdzie do uderzenia w budynek, wówczas poprzez ochronę odgromową cała energia trafi na ziemię.
W poważnych badaniach naukowych stosuje się największą konstrukcję XXI wieku - akcelerator cząstek. W nim pole elektryczne działa na rzecz zwiększenia energii cząstek. Biorąc pod uwagę te procesy z punktu widzenia wpływu na ładunek punktowy przez grupę ładunków, wówczas wszystkie związki prawa okazują się prawidłowe.
Na koniec zalecamy obejrzenie filmu, który zawiera szczegółowe wyjaśnienie prawa Coulomba:
Przydatne w temacie:
Ładowanie...
