Coulomb zakon: kaj je to, formula in primeri

Kaj je Coulombov zakon?

Coulombov zakon se uporablja na področju fizike za izračun električne sile, ki deluje v mirovanju med dvema nabojema.

Iz tega zakona je mogoče predvideti, kakšna bo elektrostatična sila privlačenja ali odbijanja, ki bo obstajala med dvema delcema glede na njihov električni naboj in razdaljo med njima.

Coulombov zakon je svoje ime dolžan po francoskem fiziku Charlesu-Augustinu de Coulombu, ki je leta 1875 razglasil ta zakon in ki je osnova elektrostatike:

"Velikost vsake električne sile, s katero dve točkovni naboji v mirovanju medsebojno delujeta, je neposredno sorazmerna z zmnožkom obeh nabojev in obratno sorazmerna s kvadratom razdalje, ki ju ločuje, in ima smer črte, ki ju povezuje. Silo je odboj, če so naboji istega znaka, in privlačnost, če sta nasprotnega znaka. "

Ta zakon je predstavljen na naslednji način:

• F = električna sila privlačnosti ali odbijanja v Newtonih (N). Enake naboje odbijajo in nasprotne naboje privlačijo. k = je Kulonova konstanta ali električna konstanta sorazmernosti. Sila se razlikuje glede na električno dovoljenost (ε) medija, med drugim tudi vode, zraka, olja, vakuuma. q = vrednost električnih nabojev, izmerjena v Coulomb (C). r = razdalja, ki ločuje obremenitve in se meri v metrih (m).

Treba je opozoriti, da je električna dovoljenost vakuuma konstantna in je ena izmed najbolj razširjenih. To se izračuna na naslednji način: ε ₀ = 8,8541878176x10 ^-12 C ² / (N • m ²). Izjemno pomembno je upoštevati dovoljenost materiala.

Vrednost Kulonove konstante v mednarodnem merilnem sistemu je:

Ta zakon upošteva samo interakcijo med dvema točkovnima nabojema hkrati in določa le silo, ki obstaja med q ₁ in q _2, ne da bi upoštevali obremenitve okoli nje.

Coulomb je lahko določil lastnosti elektrostatične sile tako, da je kot študijski instrument razvil torzijsko tehtnico, ki je bila sestavljena iz palice, ki je visela na vlaknu z zmožnostjo zvijanja in vrnitve v začetni položaj.

Na ta način bi Coulomb lahko izmeril silo, ki deluje na točko na drogu, tako da je na različne razdalje postavil več nabitih kroglic, da bi izmeril silo privlačnosti ali se odrival, ko se je palica vrtela.

Elektrostatična sila

Električni naboj je lastnost materije in je vzrok pojavov, povezanih z električno energijo.

Elektrostatika je veja fizike, ki v ravnovesju proučuje učinke, ustvarjene v telesih glede na njihove električne naboje.

Električna sila (F) je sorazmerna z zbranimi obremenitvami in je obratno sorazmerna z razdaljo med njimi. Ta sila deluje med obremenitvami radialno, to je črta med obremenitvami, torej je radialni vektor med obremenitvama.

Zato dva naboja istega znaka ustvarita pozitivno silo, na primer: - ∙ - = + ali + ∙ + = +. Po drugi strani dva naboja nasprotnih znakov ustvarita negativno silo, na primer: - ∙ + = - ali + ∙ - = -.

Vendar se dva naboja z istim znakom med seboj odbijata (+ + / - -), vendar dva naboja z različnimi znaki drug drugega privlačita (+ - / - +).

Primer: če z rokavico podrgnete teflonski trak, je rokavica pozitivno napolnjena in trak negativno napolnjen, zato se, ko se približata, privlači. Zdaj, če z lasmi podrgnemo napihnjen balon, se bo balon napolnil z negativno energijo in ko ga približamo teflonskemu traku, se oba odbijata, ker imata isto vrsto naboja.

Prav tako je ta sila odvisna od električnega naboja in razdalje med njimi, je temeljno načelo elektrostatike, pa tudi zakon, ki se uporablja za naboje v mirovanju v referenčnem sistemu.

Omeniti velja, da se pri majhnih razdaljah sile električnih nabojev povečujejo, pri velikih razdaljah pa se sile električnih nabojev zmanjšujejo, torej zmanjšujejo, ko se naboji odmikajo drug od drugega.

Velikost sile

Velikost elektromagnetne sile je tista, ki vpliva na telesa, ki vsebujejo električni naboj, in ki lahko vodijo do fizične ali kemične preobrazbe, saj lahko telesa privlačijo ali odbijajo.

Zato je velikost, ki jo izvajata dva električna naboja, enaka konstanti medija, v katerem so električni naboji nameščeni s količnikom med produktom vsakega od njih in razdaljo, ki jih ločuje, na kvadrat.

Velikost elektrostatične sile je sorazmerna z zmnožkom velikosti nabojev q ₁ xq ₂. Elektrostatična sila od blizu je zelo močna.

Primeri Coulomovega zakona

Spodaj so različni primeri vaj, kjer je treba uporabiti Coulombov zakon.

Primer 1

Imamo dva električna naboja, enega od + 3c in enega od -2c, ločena z razdaljo 3m. Za izračun sile, ki obstaja med obema nabojema, je potrebno konstanto K pomnožiti s produktom obeh nabojev. Kot vidimo na sliki, dobimo negativno silo.

Ilustriran primer, kako uporabiti Coulombov zakon:

Primer 2

Imamo naboj 6 x 10 ^-6 C (q ₁), ki je 2m stran od naboja -4 x 10 ^-6 C (q ₂). Kakšna je torej velikost sile med tema dvema nabojema?

a. Koeficienti so pomnoženi: 9 x 6 x 4 = 216.

b. Eksponente dodamo algebrsko: -6 in -6 = -12. Zdaj je -12 + 9 = -3.

Odgovor: F = 54 x 10 ^-3 N.

Primeri vaj

1. Imamo naboj 3 x 10 ^-6 C (q ₁) in drug naboj -8 x 10 ^-6 C (q ₂) na razdalji 2 m. Kakšna je razsežnost privlačne sile med obema?

Odgovor: F = 54 X 10 ^-3 N.

2. Določite silo, ki deluje med dvema električnima nabojema 1 x 10 ^-6 C (q ₁) in drugim nabojem 2,5 x 10 ^-6 C (q ₂), ki sta v mirovanju in v vakuumu na razdalji 5 cm (ne pozabite, da vzemite cm naprej po mednarodnem merilnem sistemu).

Odgovor: F = 9 N.