Legea lui Coulomb, definiție și formulă - sarcini electrice punctuale și interacțiunea lor

Între corpurile încărcate există o forță de interacțiune datorită căreia se pot atrage sau respinge reciproc. Legea lui Coulomb descrie această forță, arată gradul de acțiune a acesteia, în funcție de mărimea și forma corpului însuși. Această lege fizică va fi discutată în acest articol.

Formula legii lui Coulomb.

Conţinut

1 Încărcături punctiforme staționare
2 Balanța de torsiune a lui Charles Coulomb
3 Factorul de proporționalitate k și constanta electrică
4 Direcția forței Coulomb și forma vectorială a formulei
5 Acolo unde legea lui Coulomb este aplicată în practică
6 Direcția forțelor în legea lui Coulomb
7 Istoria descoperirii legii

Încărcături punctiforme staționare

Legea lui Coulomb se aplică corpurilor staționare care sunt mult mai mici decât distanța lor față de alte obiecte. O sarcină electrică punctuală este concentrată pe astfel de corpuri. La rezolvarea problemelor fizice se neglijează dimensiunile corpurilor considerate, deoarece nu prea contează.

În practică, sarcinile punctuale în repaus sunt descrise după cum urmează:

Sarcină punctiformă încărcată pozitiv q1.

În acest caz q₁ și q₂ - aceasta este pozitiv sarcini electrice, iar asupra lor acționează forța Coulomb (nu este prezentată în figură). Dimensiunea caracteristicilor punctului nu contează.

Notă! Sarcinile în repaus sunt situate la o anumită distanță unele de altele, ceea ce în probleme este de obicei notat cu litera r. În continuare, în articol, aceste taxe vor fi luate în considerare în vid.

Balanța de torsiune a lui Charles Coulomb

Acest dispozitiv, dezvoltat de Coulomb în 1777, a ajutat la deducerea dependenței forței numite ulterior după el. Cu ajutorul acestuia, se studiază interacțiunea sarcinilor punctiforme, precum și a polilor magnetici.

O balanță de torsiune are un fir mic de mătase situat într-un plan vertical de care atârnă o pârghie echilibrată. Încărcăturile punctiforme sunt situate la capetele manetei.

Sub acțiunea forțelor externe, pârghia începe să se miște orizontal. Pârghia se va mișca în plan până când este echilibrată de forța elastică a firului.

În procesul de mișcare, pârghia se abate de la axa verticală cu un anumit unghi. Se ia ca d și se numește unghi de rotație. Cunoscând valoarea acestui parametru, este posibil să găsiți cuplul forțelor care apar.

Citeste si: Ce este curentul electric în cuvinte simple

Balanța de torsiune a lui Charles Coulomb arată astfel:

Balanța de torsiune a lui Charles Coulomb.

Factorul de proporționalitate k și constanta electrică $\varepsilon_0$

În formula legii lui Coulomb există parametrii k - coeficientul de proporționalitate sau $\varepsilon_0$ este constanta electrică. Constanta electrica $\varepsilon_0$ prezentat în multe cărți de referință, manuale, internet și nu trebuie numărat! Factor de proporționalitate a vidului bazat pe $\varepsilon_0$ poate fi găsită prin formula binecunoscută:

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

Aici $\varepsilon_0=8,85\cdot 10^{-12} \frac {C^2}{H\cdot m^2}$ este constanta electrică,

$\pi=3,14$ - Pi,

$k=9\cdot 10^{9} \frac {H\cdot m^2}{C^2}$ este coeficientul de proporționalitate în vid.

Informații suplimentare! Fără a cunoaște parametrii prezentați mai sus, nu va funcționa să găsim forța de interacțiune între două sarcini electrice punctuale.
Formularea și formula legii lui Coulomb

Pentru a rezuma cele de mai sus, este necesar să oferim formularea oficială a legii principale a electrostaticei. Acesta ia forma:

Forța de interacțiune a două sarcini punctuale în repaus în vid este direct proporțională cu produsul acestor sarcini și invers proporțională cu pătratul distanței dintre ele. Mai mult, produsul sarcinilor trebuie luat modulo!

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

În această formulă q₁ și q₂sunt taxe punctuale, considerate corpuri; r² - distanta pe plan dintre aceste corpuri, luata in patrat; k este coeficientul de proporționalitate ( $9\cdot 10^{9} \frac {H\cdot m^2}{C^2}$ pentru vid).

Direcția forței Coulomb și forma vectorială a formulei

Pentru o înțelegere completă a formulei, legea lui Coulomb poate fi vizualizată:

Direcția forței Coulomb pentru două sarcini punctiforme de aceeași polaritate.

F_1,2- forța de interacțiune a primei sarcini față de a doua.

F_2,1- forța de interacțiune a celei de-a doua sarcini în raport cu prima.

De asemenea, la rezolvarea problemelor de electrostatică, este necesar să se țină cont de o regulă importantă: sarcinile electrice cu același nume se resping, iar sarcinile opuse se atrag. Locația forțelor de interacțiune în figură depinde de aceasta.

Dacă sunt luate în considerare sarcini opuse, atunci forțele interacțiunii lor vor fi îndreptate unele către altele, ilustrând atracția lor.

Direcția forței Coulomb pentru două sarcini punctiforme de polaritate diferită.

Formula legii de bază a electrostaticei în formă vectorială poate fi reprezentată astfel:

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

$\vec F_1_2$ este forța care acționează asupra sarcinii punctiforme q1, din partea sarcinii q2,

$\vec r_1_2$ este vectorul rază care leagă sarcina q2 cu sarcina q1,

Citeste si: Cum să faci o placă electronică de circuit imprimat acasă?

$r=|\vec r_1_2|$

Important! După ce a fost scrisă formula în formă vectorială, forțele care interacționează a două sarcini electrice punctuale vor trebui proiectate pe axă pentru a pune semnele corect. Această acțiune este o formalitate și este adesea efectuată mental, fără note.

Acolo unde legea lui Coulomb este aplicată în practică

Legea de bază a electrostaticii este cea mai importantă descoperire a lui Charles Coulomb, care și-a găsit aplicarea în multe domenii.

Lucrările celebrului fizician au fost folosite în procesul de inventare a diverselor dispozitive, dispozitive, aparate. De exemplu, un paratrăsnet.

Cu ajutorul unui paratrăsnet, clădirile și clădirile rezidențiale sunt protejate de fulgere în timpul unei furtuni. Astfel, gradul de protectie al echipamentelor electrice este crescut.

Paratrăsnetul funcționează după următorul principiu: în timpul unei furtuni, pe sol încep treptat să se acumuleze sarcini puternice de inducție, care se ridică și sunt atrase de nori. În acest caz, pe sol se formează un câmp electric destul de mare. În apropierea paratrăsnetului, câmpul electric devine mai puternic, datorită căruia o sarcină electrică corona este aprinsă din vârful dispozitivului.

Mai mult, sarcina formată pe sol începe să fie atrasă de sarcina norului cu semnul opus, așa cum ar trebui să fie conform legii lui Charles Coulomb. După aceea, aerul trece prin procesul de ionizare, iar puterea câmpului electric devine mai mică aproape de capătul paratrăsnetului. Astfel, riscul de intrare a fulgerelor în clădire este minim.

Notă! Dacă clădirea pe care este instalat paratrăsnetul este lovită, atunci nu va exista foc și toată energia va intra în pământ.

Pe baza legii lui Coulomb, a fost dezvoltat un dispozitiv numit „Acceleratorul de particule”, care este la mare căutare astăzi.

În acest dispozitiv, se creează un câmp electric puternic, care crește energia particulelor care cad în el.

Direcția forțelor în legea lui Coulomb

După cum sa menționat mai sus, direcția forțelor care interacționează a două sarcini electrice punctuale depinde de polaritatea acestora. Acestea. Încărcăturile cu același nume se vor respinge, iar acuzațiile de taxe opuse se vor atrage.

Citeste si: Cum să faci un detector de metale cu propriile mâini, ajutor pentru începători

Forțele Coulomb pot fi numite și vectorul rază, deoarece sunt îndreptate de-a lungul liniei trasate între ele.

În unele probleme fizice sunt date corpuri de formă complexă, care nu pot fi luate pentru o sarcină electrică punctiformă, adică. ignora dimensiunea lui. În această situație, corpul luat în considerare trebuie împărțit în mai multe părți mici și fiecare parte trebuie calculată separat, folosind legea lui Coulomb.

Vectorii de forță obținuți prin divizare sunt rezumați după regulile algebrei și geometriei. Rezultatul este forța rezultată, care va fi răspunsul la această problemă. Această metodă de rezolvare este adesea numită metoda triunghiului.

Direcția vectorilor forței Coulomb.

Istoria descoperirii legii

Interacțiunile a două sarcini punctiforme prin legea considerată mai sus au fost dovedite pentru prima dată în 1785 de Charles Coulomb. Fizicianul a reușit să demonstreze veridicitatea legii formulate folosind balanțe de torsiune, al căror principiu de funcționare a fost și prezentat în articol.

Coulomb a demonstrat, de asemenea, că în interiorul unui condensator sferic nu există nicio sarcină electrică. Așa că a ajuns la afirmația că mărimea forțelor electrostatice poate fi modificată prin modificarea distanței dintre corpurile luate în considerare.

Astfel, legea lui Coulomb este încă cea mai importantă lege a electrostaticei, pe baza căreia s-au făcut multe dintre cele mai mari descoperiri. În cadrul acestui articol a fost prezentată formularea oficială a legii, precum și părțile ei constitutive descrise în detaliu.

Articole similare: