Kas yra Coulombo įstatymas?
Kulono dėsnis naudojamas fizikos srityje apskaičiuokite elektros jėgą, veikiančią tarp dviejų krūvių ramybės būsenoje.
Pagal šį dėsnį galima nuspėti, kokia bus elektrostatinė traukos ar atstūmimo jėga, egzistuojanti tarp dviejų dalelių pagal jų elektrinį krūvį ir atstumą tarp jų.
Kulono įstatymas skolingas savo prancūzų fizikui Charlesui-Augustinui de Coulombui, kuris 1875 m. Paskelbė šį įstatymą ir kuris yra elektrostatikos pagrindas:
„Kiekvienos elektros jėgos, su kuriomis ramybės būsenoje sąveikauja du taškiniai krūviai, dydis yra tiesiogiai proporcingas abiejų krūvių dydžio sandaugai ir atvirkščiai proporcingas juos skiriančio atstumo kvadratui, kurio linijos kryptis jungiasi juos. Jėga yra atstumianti, jei krūviai yra to paties ženklo, ir traukos, jei jie yra priešingo ženklo “.
Šis įstatymas atstovaujamas taip:
- F = elektrinė traukos ar atstūmimo jėga Niutonais (N). Kaip mokesčiai atbaido, o priešingi mokesčiai traukia.
- k = yra Kulono konstanta arba proporcingumo elektrinė konstanta. Jėga skiriasi priklausomai nuo terpės elektrinio laidumo (ε), ar tai būtų vanduo, oras, alyva, vakuumas.
- ką = elektros krūvių vertė, išmatuota Kulonu (C).
- r = atstumas, skiriantis krūvius ir matuojamas metrais (m).
Reikėtų pažymėti, kad vakuumo elektrinis laidumas yra pastovus ir yra vienas iš plačiausiai naudojamų. Jis apskaičiuojamas taip: ε 0 = 8,8541878176x10-12 C2 / (Nm2). Nepaprastai svarbu atsižvelgti į medžiagos pralaidumą.
Kulono konstantos vertė tarptautinėje matavimų sistemoje yra:
Šis dėsnis atsižvelgia tik į dviejų taškinių krūvių sąveiką tuo pačiu metu ir nustato tik jėgą, egzistuojančią tarp q1 ir ką2 neatsižvelgiant į aplinkinius krūvius.
Coulombas sugebėjo nustatyti elektrostatinės jėgos savybes, sukurdamas sukimo balansą kaip tyrimo instrumentą, kurį sudarė ant pluošto pakabinta juosta, turinti galimybę pasisukti ir grįžti į pradinę padėtį.
Tokiu būdu Coulombas galėjo išmatuoti jėgą, veikiamą taško ant juostos, pastatydamas keletą įkrautų sferų skirtingais atstumais, kad būtų galima išmatuoti patrauklią ar atstumiančią jėgą, kai juosta sukosi.
Elektrostatinė jėga
Elektros krūvis yra materijos savybė ir yra su elektra susijusių reiškinių priežastis.
Elektrostatika yra fizikos šaka, tirianti efektus, kurie susidaro kūnuose pagal pusiausvyros elektrinius krūvius.
Elektros jėga (F) yra proporcinga susidariusiems krūviams ir atvirkščiai proporcinga atstumui tarp jų. Ši jėga veikia tarp krūvių radialiai, tai yra linija tarp krūvių, taigi ji yra radialinis vektorius tarp dviejų krūvių.
Todėl du to paties ženklo krūviai sukuria teigiamą jėgą, pavyzdžiui: - ∙ - = + arba + ∙ + = +. Kita vertus, du krūviai su priešingais ženklais sukuria neigiamą jėgą, pavyzdžiui: - ∙ + = - arba + ∙ - = -.
Tačiau du krūviai su tuo pačiu ženklu atbaido (+ + / - -), tačiau du krūviai su skirtingais ženklais traukia (+ - / - +).
Pavyzdys: jei trinate tefloninę juostelę pirštine, pirštinė yra teigiamai įkrauta, o juosta yra neigiamai įkrauta, todėl priartėję jie traukia vienas kitą. Dabar, jei plaukais patrinsime pripūstą balioną, balionas bus įkrautas neigiama energija, o kai jis bus priartintas prie tefloninės juostelės, abu atstums vienas kitą, nes turi tą patį krūvio tipą.
Panašiai ši jėga priklauso nuo elektros krūvio ir atstumo tarp jų, tai yra pagrindinis elektrostatikos principas, taip pat įstatymas, taikomas atskaitos rėme esant ramybės būsenos krūviams.
Verta paminėti, kad mažais atstumais elektrinių krūvių jėgos didėja, o dideliais atstumais elektrinių krūvių jėgos mažėja, tai yra, mažėja krūviams tolstant viena nuo kitos.
Jėgos dydis
Elektromagnetinės jėgos dydis veikia kūnus, turinčius elektrinį krūvį, ir tai gali sukelti fizinę ar cheminę transformaciją, nes kūnai gali pritraukti arba atstumti vienas kitą.
Todėl dviejų elektrinių krūvių dydis yra lygus terpės, kurioje yra elektriniai krūviai, konstantai dalijant kiekvieno jų sandaugą ir atstumą, skiriantį juos kvadratu.
Elektrostatinės jėgos dydis yra proporcingas krūvių q sandaugai1 nes2. Elektrostatinė jėga iš arti yra labai galinga.
Kulono dėsnio pavyzdžiai
Žemiau pateikiami įvairūs pratimų, kuriuose turėtų būti taikomas Kulono dėsnis, pavyzdžiai.
1 pavyzdys
Mes turime du elektrinius krūvius, vieną + 3c, o kitą -2c, skiriamus 3m atstumu. Norint apskaičiuoti jėgą, egzistuojančią tarp abiejų krūvių, konstantą K reikia padauginti iš abiejų krūvių sandaugos. Kaip matyti iš paveikslėlio, buvo gauta neigiama jėga.
Iliustruotas pavyzdys, kaip taikyti Kulono įstatymą:
2 pavyzdys
Mes gavome 6 x 10 apkrovą-6C (q1), kuris yra 2 m atstumu nuo -4 x 10 apkrovos-6C (q2). Taigi kokia jėga yra tarp šių dviejų krūvių?
į. Koeficientai dauginami: 9 x 6 x 4 = 216.
b. Eksponentai pridedami algebriškai: -6 ir -6 = -12. Dabar -12 + 9 = -3.
Atsakymas: F = 54 x 10-3 N.
Pratimų pavyzdžiai
1. Mes turime 3 x 10 apkrovą-6C (q1) ir kita -8 x 10 apkrova-6C (q2) 2 m atstumu. Koks yra patrauklumo jėga, egzistuojanti tarp šių dviejų?
Atsakymas: F = 54 X 10-3 N.
2. Nustatykite jėgą, veikiančią tarp dviejų elektros krūvių 1 x 10-6C (q1) ir dar 2,5 x 10 apkrovos-6C (q2), kurie yra ramybės būsenoje ir vakuume 5 cm atstumu (nepamirškite cm perkelti į m laikydamiesi tarptautinės matavimų sistemos).
Atsakymas: F = 9 N.
