Coulombs lov, definition og formel - elektriske punktladninger og deres interaktion

Mellem ladede legemer er der en vekselvirkningskraft på grund af hvilken de kan tiltrække eller frastøde hinanden. Coulombs lov beskriver denne kraft, viser graden af dens virkning, afhængigt af størrelsen og formen af selve kroppen. Denne fysiske lov vil blive diskuteret i denne artikel.

Coulombs lovformel.

Indhold

1 Stationære punktafgifter
2 Torsion balance af Charles Coulomb
3 Proportionalitetsfaktor k og elektrisk konstant
4 Coulomb-kraftens retning og formlens vektorform
5 Hvor Coulombs lov anvendes i praksis
6 Styrkeretning i Coulombs lov
7 Historien om opdagelsen af loven

Stationære punktafgifter

Coulombs lov gælder for stationære kroppe, der er meget mindre end deres afstand fra andre objekter. En punktelektrisk ladning er koncentreret på sådanne legemer. Ved løsning af fysiske problemer negligeres dimensionerne af de betragtede kroppe, fordi de betyder ikke rigtig noget.

I praksis er punktladninger i hvile afbildet som følger:

Punkt positivt ladet ladning q1.

I dette tilfælde q₁ og q₂ - dette er positiv elektriske ladninger, og Coulomb-kraften virker på dem (ikke vist på figuren). Størrelsen af punkttræk er ligegyldig.

Bemærk! Ladninger i hvile er placeret i en given afstand fra hinanden, hvilket i problemer normalt betegnes med bogstavet r. Længere i artiklen vil disse afgifter blive betragtet i et vakuum.

Torsion balance af Charles Coulomb

Denne enhed, udviklet af Coulomb i 1777, hjalp med at udlede afhængigheden af den styrke, der senere blev opkaldt efter ham. Med dens hjælp studeres interaktionen mellem punktladninger såvel som magnetiske poler.

En torsionsvægt har en lille silketråd placeret i et lodret plan, hvorfra et balanceret håndtag hænger. Punktladninger er placeret i enderne af håndtaget.

Under påvirkning af eksterne kræfter begynder håndtaget at bevæge sig vandret. Håndtaget vil bevæge sig i planet, indtil det er afbalanceret af trådens elastiske kraft.

I bevægelsesprocessen afviger håndtaget fra den lodrette akse med en vis vinkel. Det tages som d og kaldes rotationsvinklen. Ved at kende værdien af denne parameter er det muligt at finde drejningsmomentet for de opståede kræfter.

Læs også: Hvad er elektrisk strøm i simple ord

Charles Coulombs torsionsbalance ser sådan ud:

Torsion balance af Charles Coulomb.

Proportionalitetsfaktor k og elektrisk konstant $\varepsilon_0$

I formlen for Coulombs lov er der parametre k - proportionalitetskoefficienten eller $\varepsilon_0$ er den elektriske konstant. Elektrisk konstant $\varepsilon_0$ præsenteret i mange opslagsbøger, lærebøger, internettet, og det behøver ikke at tælles med! Vakuumproportionalitetsfaktor baseret på $\varepsilon_0$ kan findes ved den velkendte formel:

$k = \frac {1}{4\cdot \pi\cdot \varepsilon_0}$

Her $\varepsilon_0=8.85\cdot 10^{-12} \frac {C^2}{H\cdot m^2}$ er den elektriske konstant,

$\pi=3,14$ - Pi,

$k=9\cdot 10^{9} \frac {H\cdot m^2}{C^2}$ er proportionalitetskoefficienten i vakuum.

Yderligere Information! Uden at kende parametrene præsenteret ovenfor, vil det ikke fungere at finde vekselvirkningskraften mellem topunkts elektriske ladninger.
Formulering og formel for Coulombs lov

For at opsummere ovenstående er det nødvendigt at give den officielle formulering af hovedloven om elektrostatik. Det har formen:

Kraften af vekselvirkning af to punktladninger i hvile i vakuum er direkte proportional med produktet af disse ladninger og omvendt proportional med kvadratet af afstanden mellem dem. Desuden skal produktet af ladninger tages modulo!

$F=k\cdot \frac {|q_1|\cdot |q_2|}{r^2}$

I denne formel q₁ og q₂er punktafgifter, betragtes som organer; r² - afstanden på planet mellem disse kroppe, taget i firkanten; k er proportionalitetskoefficienten ( $9\cdot 10^{9} \frac {H\cdot m^2}{C^2}$ til vakuum).

Coulomb-kraftens retning og formlens vektorform

For en fuldstændig forståelse af formlen kan Coulombs lov visualiseres:

Retningen af Coulomb-kraften for to punktladninger med samme polaritet.

F_1,2- kraften af vekselvirkning af den første ladning i forhold til den anden.

F_2,1- kraften af vekselvirkning af den anden ladning i forhold til den første.

Når man løser problemer med elektrostatik, er det også nødvendigt at tage højde for en vigtig regel: elektriske ladninger af samme navn frastøder, og modsatte ladninger tiltrækker. Placeringen af interaktionskræfterne i figuren afhænger af dette.

Hvis modsatte ladninger overvejes, vil kræfterne i deres interaktion blive rettet mod hinanden, hvilket viser deres tiltrækning.

Retning af Coulomb-kraften for to punktladninger med forskellig polaritet.

Formlen for den grundlæggende lov om elektrostatik i vektorform kan repræsenteres som følger:

$\vec F_1_2=\frac {1}{4\cdot \pi\cdot \varepsilon_0}\cdot \frac {q_1\cdot q_2}{r_1_2^3}\cdot \vec r_1_2$

$\vec F_1_2$ er kraften, der virker på punktladningen q1, fra siden af ladningen q2,

$\vec r_1_2$ er radiusvektoren, der forbinder ladningen q2 med ladningen q1,

Læs også: Hvordan laver man et elektronisk printkort derhjemme?

$r=|\vec r_1_2|$

Vigtig! Efter at have skrevet formlen i vektorform, skal de interagerende kræfter af topunkts elektriske ladninger projiceres på aksen for at sætte tegnene korrekt. Denne handling er en formalitet og udføres ofte mentalt uden nogen noter.

Hvor Coulombs lov anvendes i praksis

Den grundlæggende lov om elektrostatik er Charles Coulombs vigtigste opdagelse, som har fundet sin anvendelse på mange områder.

Den berømte fysikers værker blev brugt i processen med at opfinde forskellige enheder, enheder, apparater. For eksempel en lynafleder.

Ved hjælp af en lynafleder er beboelsesbygninger og bygninger beskyttet mod lyn under et tordenvejr. Dermed øges graden af beskyttelse af elektrisk udstyr.

Lynaflederen fungerer efter følgende princip: under et tordenvejr begynder der gradvist at samle sig stærke induktionsladninger på jorden, som rejser sig og tiltrækkes af skyerne. I dette tilfælde dannes et ret stort elektrisk felt på jorden. I nærheden af lynaflederen bliver det elektriske felt stærkere, på grund af hvilket en corona elektrisk ladning antændes fra spidsen af enheden.

Yderligere begynder ladningen dannet på jorden at blive tiltrukket af skyens ladning med det modsatte fortegn, som det burde være ifølge Charles Coulombs lov. Derefter går luften gennem ioniseringsprocessen, og den elektriske feltstyrke bliver mindre nær enden af lynaflederen. Dermed er risikoen for, at lynet trænger ind i bygningen, minimal.

Bemærk! Hvis bygningen, hvorpå lynaflederen er installeret, bliver ramt, vil der ikke være nogen brand, og al energien vil gå i jorden.

Med udgangspunkt i Coulombs lov blev der udviklet en enhed kaldet "Partikelacceleratoren", som er meget efterspurgt i dag.

I denne enhed skabes et stærkt elektrisk felt, som øger energien af partikler, der falder ind i den.

Styrkeretning i Coulombs lov

Som nævnt ovenfor afhænger retningen af de interagerende kræfter af topunkts elektriske ladninger af deres polaritet. De der. Ladninger af samme navn vil frastøde, og ladninger af modsatte ladninger vil tiltrække.

Læs også: Sådan laver du en metaldetektor med dine egne hænder, hjælp til begyndere

Coulomb-kræfter kan også kaldes radiusvektoren, fordi de er rettet langs linjen tegnet mellem dem.

I nogle fysiske problemer gives legemer med kompleks form, som ikke kan tages for en punktelektrisk ladning, dvs. ignorere dens størrelse. I denne situation skal det pågældende organ opdeles i flere små dele, og hver del skal beregnes separat ved brug af Coulombs lov.

Kraftvektorerne opnået ved opdeling er opsummeret efter reglerne for algebra og geometri. Resultatet er den resulterende kraft, som vil være svaret på dette problem. Denne løsningsmetode kaldes ofte for trekantmetoden.

Retningen af Coulomb-kraftvektorerne.

Historien om opdagelsen af loven

Samspillet mellem to punktanklager ved loven betragtet ovenfor blev først bevist i 1785 af Charles Coulomb. Fysikeren formåede at bevise rigtigheden af den formulerede lov ved hjælp af torsionsbalancer, hvis funktionsprincip også blev præsenteret i artiklen.

Coulomb beviste også, at der ikke er nogen elektrisk ladning inde i en sfærisk kondensator. Så han kom til den erklæring, at størrelsen af elektrostatiske kræfter kan ændres ved at ændre afstanden mellem de undersøgte kroppe.

Coulombs lov er således stadig elektrostatikkens vigtigste lov, på grundlag af hvilken mange af de største opdagelser er blevet gjort. Inden for rammerne af denne artikel blev den officielle ordlyd af loven præsenteret, ligesom dens bestanddele blev beskrevet i detaljer.

Lignende artikler: