Coulombov zakon, definicija i formula - električni točkasti naboji i njihova interakcija

Između nabijenih tijela postoji interakcijska sila zbog koje se mogu međusobno privlačiti ili odbijati. Coulombov zakon opisuje tu silu, pokazuje stupanj njezina djelovanja, ovisno o veličini i obliku samog tijela. O ovom fizikalnom zakonu bit će riječi u ovom članku.

Formula Coulombovog zakona.

Sadržaj

1 Stacionarni točkasti naboji
2 Torzijska vaga Charlesa Coulomba
3 Faktor proporcionalnosti k i električna konstanta
4 Smjer Coulombove sile i vektorski oblik formule
5 Gdje se Coulombov zakon primjenjuje u praksi
6 Smjer sila u Coulombovom zakonu
7 Povijest otkrića zakona

Stacionarni točkasti naboji

Coulombov zakon primjenjuje se na stacionarna tijela koja su mnogo manja od udaljenosti od drugih objekata. Točkasti električni naboj koncentriran je na takva tijela. Pri rješavanju fizikalnih zadataka zanemaruju se dimenzije razmatranih tijela, jer zapravo nisu bitni.

U praksi, točkasti naboji u mirovanju prikazani su na sljedeći način:

Točkasti pozitivno nabijeni naboj q1.

U ovom slučaju q₁ i q₂ - ovo je pozitivan električni naboji, a na njih djeluje Coulombova sila (nije prikazano na slici). Veličina točkastih značajki nije bitna.

Bilješka! Naboji u mirovanju nalaze se na određenoj udaljenosti jedan od drugog, što se u problemima obično označava slovom r. Dalje u članku, ove naknade će se razmatrati u vakuumu.

Torzijska vaga Charlesa Coulomba

Ovaj uređaj, koji je razvio Coulomb 1777. godine, pomogao je zaključiti ovisnost sile kasnije nazvane po njemu. Uz njegovu pomoć proučava se interakcija točkastih naboja, kao i magnetskih polova.

Torziona vaga ima malu svilenu nit koja se nalazi u okomitoj ravnini s koje visi balansirana poluga. Točkasti naboji nalaze se na krajevima poluge.

Pod djelovanjem vanjskih sila, poluga se počinje kretati vodoravno. Poluga će se kretati u ravnini sve dok se ne uravnoteži elastičnom silom niti.

U procesu kretanja poluga odstupa od okomite osi za određeni kut. Uzima se kao d i naziva se kut rotacije. Poznavajući vrijednost ovog parametra, moguće je pronaći zakretni moment sila koje nastaju.

Pročitajte također: Što je električna struja jednostavnim riječima

Torziona ravnoteža Charlesa Coulomba izgleda ovako:

Torzijska vaga Charlesa Coulomba.

Faktor proporcionalnosti k i električna konstanta $\varepsilon_0$

U formuli Coulombovog zakona postoje parametri k - koeficijent proporcionalnosti odn. $\varepsilon_0$ je električna konstanta. Električna konstanta $\varepsilon_0$ predstavljeno u mnogim priručnicima, udžbenicima, internetu, i ne treba ga brojati! Faktor proporcionalnosti vakuuma na temelju $\varepsilon_0$ može se pronaći po poznatoj formuli:

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

Ovdje $\varepsilon_0=8,85\cdot 10^{-12} \frac {C^2}{H\cdot m^2}$ je električna konstanta,

$\pi=3,14$ - Pi,

$k=9\cdot 10^{9} \frac {H\cdot m^2}{C^2}$ je koeficijent proporcionalnosti u vakuumu.

Dodatne informacije! Bez poznavanja gore navedenih parametara, neće uspjeti pronaći silu interakcije između dva točkasta električna naboja.
Formulacija i formula Coulombovog zakona

Da sumiramo navedeno, potrebno je dati službenu formulaciju glavnog zakona elektrostatike. Ima oblik:

Sila interakcije dva točkasta naboja koji miruju u vakuumu izravno je proporcionalna umnošku tih naboja i obrnuto proporcionalna kvadratu udaljenosti između njih. Štoviše, umnožak troškova mora se uzeti po modulu!

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

U ovoj formuli q₁ i q₂su točkasti naboji, smatrani tijelima; r² - udaljenost u ravnini između ovih tijela, uzeta u kvadratu; k je koeficijent proporcionalnosti ( $9\cdot 10^{9} \frac {H\cdot m^2}{C^2}$ za vakuum).

Smjer Coulombove sile i vektorski oblik formule

Za potpuno razumijevanje formule, Coulombov zakon se može vizualizirati:

Smjer Coulombove sile za dva točkasta naboja istog polariteta.

F_1,2- sila interakcije prvog naboja u odnosu na drugi.

F_2,1- sila interakcije drugog naboja u odnosu na prvi.

Također, pri rješavanju problema elektrostatike potrebno je voditi računa o važnom pravilu: istoimeni električni naboji se odbijaju, a suprotni se privlače. O tome ovisi položaj interakcijskih sila na slici.

Ako se uzmu u obzir suprotni naboji, tada će sile njihove interakcije biti usmjerene jedna prema drugoj, prikazujući njihovu privlačnost.

Smjer Coulombove sile za dva točkasta naboja različitog polariteta.

Formula osnovnog zakona elektrostatike u vektorskom obliku može se predstaviti na sljedeći način:

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

$\vec F_1_2$ je sila koja djeluje na točkasti naboj q1, sa strane naboja q2,

$\vec r_1_2$ je vektor radijusa koji povezuje naboj q2 s nabojem q1,

Pročitajte također: Kako napraviti elektroničku tiskanu ploču kod kuće?

$r=|\vec r_1_2|$

Važno! Nakon što smo formulu napisali u vektorskom obliku, interakcijske sile dvaju točkastih električnih naboja morat će se projicirati na os kako bi se predznaci ispravno postavili. Ova radnja je formalnost i često se izvodi mentalno bez ikakvih bilješki.

Gdje se Coulombov zakon primjenjuje u praksi

Osnovni zakon elektrostatike najvažnije je otkriće Charlesa Coulomba, koje je našlo svoju primjenu u mnogim područjima.

Radovi poznatog fizičara korišteni su u procesu izuma raznih uređaja, uređaja, aparata. Na primjer, gromobran.

Uz pomoć gromobrana stambene zgrade i zgrade se štite od munje tijekom grmljavine. Time se povećava stupanj zaštite električne opreme.

Gromobran radi po sljedećem principu: tijekom grmljavine na tlu se postupno počinju nakupljati jaki indukcijski naboji koji se dižu i privlače oblaci. U tom slučaju na tlu se formira prilično veliko električno polje. U blizini gromobrana električno polje postaje jače, zbog čega se koronski električni naboj pali iz vrha uređaja.

Nadalje, naboj formiran na tlu počinje se privlačiti naboju oblaka suprotnog predznaka, kao što bi trebalo biti prema zakonu Charlesa Coulomba. Nakon toga, zrak prolazi kroz proces ionizacije, a jakost električnog polja postaje manja blizu kraja gromobrana. Dakle, rizik od ulaska groma u zgradu je minimalan.

Bilješka! Ako se udari u zgradu na kojoj je postavljen gromobran, tada neće biti požara, a sva energija će otići u zemlju.

Na temelju Coulombovog zakona razvijen je uređaj pod nazivom "Ubrzavač čestica" koji je danas vrlo tražen.

U ovom se uređaju stvara jako električno polje koje povećava energiju čestica koje upadaju u njega.

Smjer sila u Coulombovom zakonu

Kao što je gore spomenuto, smjer interakcijskih sila dvaju točkastih električnih naboja ovisi o njihovom polaritetu. Oni. Naboji istog imena će se odbijati, a naboji suprotnih naboja privlačiti.

Pročitajte također: Kako napraviti detektor metala vlastitim rukama, pomoć za početnike

Coulombove sile možemo nazvati i radijus vektorom, jer usmjereni su duž linije povučene između njih.

U nekim fizikalnim zadacima data su tijela složenog oblika koja se ne mogu uzeti za točkasti električni naboj, t.j. zanemariti njegovu veličinu. U ovoj situaciji, tijelo koje se razmatra mora se podijeliti na nekoliko malih dijelova i svaki dio se mora izračunati zasebno, koristeći Coulombov zakon.

Vektori sila dobiveni cijepanjem sumirani su prema pravilima algebre i geometrije. Rezultat je rezultirajuća sila, koja će biti odgovor na ovaj problem. Ova metoda rješavanja često se naziva metoda trokuta.

Smjer vektora Coulombove sile.

Povijest otkrića zakona

Interakcije dvaju točkastih naboja prema gore razmatranom zakonu prvi je put dokazao Charles Coulomb 1785. godine. Fizičar je uspio dokazati istinitost formuliranog zakona pomoću torzijskih vaga, čiji je princip rada također prikazan u članku.

Coulomb je također dokazao da unutar sfernog kondenzatora nema električnog naboja. Tako je došao do tvrdnje da se veličina elektrostatičkih sila može promijeniti promjenom udaljenosti između tijela koja se razmatra.

Dakle, Coulombov zakon je još uvijek najvažniji zakon elektrostatike, na temelju kojeg su napravljena mnoga najveća otkrića. U okviru ovog članka predstavljen je službeni tekst zakona, te su detaljno opisani njegovi sastavni dijelovi.

Slični članci: