Między naładowanymi ciałami istnieje siła interakcji, dzięki której mogą się one przyciągać lub odpychać. Prawo Coulomba opisuje tę siłę, pokazuje stopień jej działania w zależności od wielkości i kształtu samego ciała. To prawo fizyczne zostanie omówione w tym artykule.
Zawartość
Stacjonarne opłaty punktowe
Prawo Coulomba stosuje się do ciał stacjonarnych, które są znacznie mniejsze niż ich odległość od innych obiektów. Na takich ciałach koncentruje się punktowy ładunek elektryczny. Przy rozwiązywaniu problemów fizycznych pomija się wymiary rozważanych ciał, ponieważ tak naprawdę nie mają znaczenia.
W praktyce opłaty punktowe w spoczynku są przedstawiane w następujący sposób:
W tym przypadku q1 i q2 - to jest pozytywny ładunki elektryczne i działa na nie siła Coulomba (nie pokazano na rysunku). Wielkość obiektów punktowych nie ma znaczenia.
Notatka! Ładunki w spoczynku znajdują się w określonej odległości od siebie, co w problemach zwykle oznacza się literą r. W dalszej części artykułu zarzuty te zostaną rozpatrzone w próżni.
Równowaga skrętna Charlesa Coulomba
To urządzenie, opracowane przez Coulomba w 1777 roku, pomogło wydedukować zależność od siły nazwanej później jego imieniem. Za jego pomocą badane jest oddziaływanie ładunków punktowych, a także biegunów magnetycznych.
Waga skrętna ma małą jedwabną nić umieszczoną w płaszczyźnie pionowej, z której zwisa wyważona dźwignia. Ładunki punktowe znajdują się na końcach dźwigni.
Pod działaniem sił zewnętrznych dźwignia zaczyna poruszać się poziomo. Dźwignia porusza się w płaszczyźnie, aż zostanie zrównoważona siłą sprężystości nici.
W trakcie ruchu dźwignia odchyla się od osi pionowej o pewien kąt. Jest przyjmowany jako d i nazywany jest kątem obrotu. Znając wartość tego parametru można znaleźć moment powstających sił.
Równowaga skrętna Charlesa Coulomba wygląda tak:
Współczynnik proporcjonalności k i stała elektryczna 
We wzorze prawa Coulomba występują parametry k - współczynnik proporcjonalności lub jest stałą elektryczną. Stała elektryczna prezentowane w wielu podręcznikach, podręcznikach, Internecie i nie trzeba ich liczyć! Współczynnik proporcjonalności próżni na podstawie można znaleźć według znanej formuły:
Tutaj 
jest stałą elektryczną,
- Liczba Pi,
jest współczynnikiem proporcjonalności w próżni.
Dodatkowe informacje! Bez znajomości przedstawionych powyżej parametrów nie uda się znaleźć siły oddziaływania między dwoma punktowymi ładunkami elektrycznymi.
Formuła i wzór prawa Coulomba
Podsumowując powyższe, konieczne jest podanie oficjalnego sformułowania głównego prawa elektrostatyki. Przybiera postać:
Siła oddziaływania dwóch ładunków punktowych w stanie spoczynku w próżni jest wprost proporcjonalna do iloczynu tych ładunków i odwrotnie proporcjonalna do kwadratu odległości między nimi. Ponadto iloczyn opłat należy przyjmować modulo!
W tym wzorze q1 i q2 są opłatami punktowymi, uważanymi za organy; r2 - odległość w płaszczyźnie między tymi ciałami, mierzona w kwadracie; k jest współczynnikiem proporcjonalności (
do próżni).
Kierunek siły Coulomba i postać wektorowa wzoru
Aby w pełni zrozumieć formułę, można zwizualizować prawo Coulomba:
F1,2 - siła oddziaływania pierwszego ładunku w stosunku do drugiego.
F2,1 - siła oddziaływania drugiego ładunku w stosunku do pierwszego.
Również przy rozwiązywaniu problemów elektrostatyki należy wziąć pod uwagę ważną zasadę: ładunki elektryczne o tej samej nazwie odpychają, a przeciwne przyciągają. Od tego zależy położenie sił interakcji na rysunku.
Jeśli weźmiemy pod uwagę przeciwne ładunki, siły ich interakcji będą skierowane ku sobie, przedstawiając ich przyciąganie.
Wzór podstawowego prawa elektrostatyki w postaci wektorowej można przedstawić w następujący sposób:
jest siłą działającą na ładunek punktowy q1, od strony ładunku q2,
jest wektorem promienia łączącym ładunek q2 z ładunkiem q1,
Ważny! Po zapisaniu wzoru w postaci wektorowej, aby poprawnie umieścić znaki, należy rzutować na oś oddziałujące siły dwóch punktowych ładunków elektrycznych. Ta czynność jest formalnością i często wykonywana jest mentalnie bez żadnych notatek.
Gdzie w praktyce stosuje się prawo Coulomba
Podstawowe prawo elektrostatyki to najważniejsze odkrycie Charlesa Coulomba, które znalazło zastosowanie w wielu dziedzinach.
Prace słynnego fizyka zostały wykorzystane w procesie wynalezienia różnych urządzeń, urządzeń, aparatów. Na przykład piorunochron.
Za pomocą piorunochronu budynki mieszkalne i budynki są chronione przed piorunami podczas burzy. W ten sposób zwiększa się stopień ochrony sprzętu elektrycznego.
Piorunochron działa na następującej zasadzie: podczas burzy na ziemi stopniowo zaczynają gromadzić się silne ładunki indukcyjne, które unoszą się i są przyciągane przez chmury. W tym przypadku na ziemi powstaje dość duże pole elektryczne. W pobliżu piorunochronu pole elektryczne staje się silniejsze, dzięki czemu ładunek koronowy jest zapalany z końcówki urządzenia.
Co więcej, ładunek utworzony na ziemi zaczyna być przyciągany do ładunku chmury o przeciwnym znaku, tak jak powinno być zgodnie z prawem Charlesa Coulomba. Następnie powietrze przechodzi proces jonizacji, a siła pola elektrycznego zmniejsza się pod koniec piorunochronu. Dzięki temu ryzyko przedostania się pioruna do budynku jest minimalne.
Notatka! Jeśli budynek, na którym zainstalowano piorunochron, zostanie uderzony, nie będzie ognia, a cała energia trafi w ziemię.
W oparciu o prawo Coulomba opracowano urządzenie zwane „akceleratorem cząstek”, które jest dziś bardzo poszukiwane.
W tym urządzeniu powstaje silne pole elektryczne, które zwiększa energię wpadających do niego cząstek.
Kierunek sił w prawie Coulomba
Jak wspomniano powyżej, kierunek oddziałujących sił dwupunktowych ładunków elektrycznych zależy od ich biegunowości. Tych. Ładunki o tej samej nazwie będą się odpychać, a ładunki przeciwne będą przyciągać.
Siły kulombowskie można również nazwać wektorem promieniowym, ponieważ są skierowane wzdłuż linii narysowanej między nimi.
W niektórych problemach fizycznych podaje się ciała o złożonym kształcie, których nie można przyjąć za punktowy ładunek elektryczny, tj. zignoruj jego rozmiar. W tej sytuacji rozważane ciało należy podzielić na kilka małych części, a każdą część należy obliczyć osobno, korzystając z prawa Coulomba.
Wektory sił uzyskane przez podział są sumowane zgodnie z zasadami algebry i geometrii. Rezultatem jest siła wynikowa, która będzie odpowiedzią na ten problem. Ta metoda rozwiązywania jest często nazywana metodą trójkąta.
Historia odkrycia prawa
Interakcje dwóch ładunków punktowych w omawianym powyżej prawie zostały po raz pierwszy udowodnione w 1785 r. przez Charlesa Coulomba. Fizykowi udało się udowodnić prawdziwość sformułowanego prawa za pomocą wag torsyjnych, których zasadę działania również przedstawiono w artykule.
Coulomb udowodnił również, że wewnątrz kondensatora sferycznego nie ma ładunku elektrycznego. Doszedł więc do stwierdzenia, że wielkość sił elektrostatycznych można zmienić, zmieniając odległość między rozważanymi ciałami.
Tak więc prawo Coulomba jest nadal najważniejszym prawem elektrostatyki, na podstawie którego dokonano wielu największych odkryć. W ramach tego artykułu przedstawiono oficjalne brzmienie ustawy, a także szczegółowo opisano jej części składowe.
Podobne artykuły:
