Coulombin laki, määritelmä ja kaava - sähköpistevaraukset ja niiden vuorovaikutus

Varautuneiden kappaleiden välillä on vuorovaikutusvoima, jonka ansiosta ne voivat vetää tai hylkiä toisiaan. Coulombin laki kuvaa tätä voimaa, osoittaa sen vaikutuksen asteen, riippuen itse kehon koosta ja muodosta. Tätä fyysistä lakia käsitellään tässä artikkelissa.

Coulombin lain kaava.

Sisältö

1 Kiinteät pistelataukset
2 Charles Coulombin vääntötasapaino
3 Suhteellisuustekijä k ja sähkövakio
4 Coulombin voiman suunta ja kaavan vektorimuoto
5 Missä Coulombin lakia sovelletaan käytännössä
6 Voimien suunta Coulombin laissa
7 Lain löytämisen historia

Kiinteät pistelataukset

Coulombin laki koskee kiinteitä kappaleita, jotka ovat paljon pienempiä kuin niiden etäisyys muista esineistä. Tällaisiin kappaleisiin keskittyy pistesähkövaraus. Kun fyysisiä ongelmia ratkaistaan, tarkasteltujen kappaleiden mitat jätetään huomioimatta, koska niillä ei oikeastaan ole väliä.

Käytännössä pistevaraukset levossa on kuvattu seuraavasti:

Positiivisesti varautunut pistevaraus q1.

Tässä tapauksessa q₁ ja q₂ - Tämä on positiivinen sähkövaraukset, ja Coulombin voima vaikuttaa niihin (ei näy kuvassa). Pisteominaisuuksien koolla ei ole väliä.

Merkintä! Lepotilassa olevat varaukset sijaitsevat tietyllä etäisyydellä toisistaan, mitä ongelmissa yleensä merkitään kirjaimella r. Artikkelissa näitä maksuja tarkastellaan tyhjiössä.

Charles Coulombin vääntötasapaino

Tämä Coulombin vuonna 1777 kehittämä laite auttoi päättelemään hänen mukaansa myöhemmin nimetyn voiman riippuvuuden. Sen avulla tutkitaan pistevarausten sekä magneettisten napojen vuorovaikutusta.

Vääntövaa'assa on pieni silkkilanka, joka sijaitsee pystytasossa, josta tasapainotettu vipu roikkuu. Pistelataukset sijaitsevat vivun päissä.

Ulkoisten voimien vaikutuksesta vipu alkaa liikkua vaakasuunnassa. Vipu liikkuu tasossa, kunnes se on tasapainotettu kierteen kimmovoimalla.

Liikkeen aikana vipu poikkeaa pystyakselista tietyn kulman verran. Se otetaan d:nä ja sitä kutsutaan kiertokulmaksi. Kun tiedät tämän parametrin arvon, on mahdollista löytää nousevien voimien vääntömomentti.

Lue myös: Mikä on sähkövirta yksinkertaisin sanoin

Charles Coulombin vääntötasapaino näyttää tältä:

Charles Coulombin vääntötasapaino.

Suhteellisuustekijä k ja sähkövakio $\varepsilon_0$

Coulombin lain kaavassa on parametrit k - suhteellisuuskerroin tai $\varepsilon_0$ on sähkövakio. Sähkövakio $\varepsilon_0$ esitetään monissa hakuteoksissa, oppikirjoissa, Internetissä, eikä sitä tarvitse laskea! Tyhjiön suhteellisuuskerroin perustuu $\varepsilon_0$ löytyy tunnetulla kaavalla:

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

Tässä $\varepsilon_0=8,85\cdot 10^{-12} \frac {C^2}{H\cdot m^2}$ on sähkövakio,

$\pi=3,14$ -Pi,

$k=9\cdot 10^{9} \frac {H\cdot m^2}{C^2}$ on suhteellisuuskerroin tyhjiössä.

Lisäinformaatio! Ilman yllä esitettyjä parametreja ei voida löytää kahden pisteen sähkövarauksen välistä vuorovaikutusvoimaa.
Coulombin lain formulaatio ja kaava

Yhteenvetona edellä esitetystä on tarpeen antaa sähköstaattisen päälain virallinen muotoilu. Se ottaa muodon:

Kahden pistevarauksen vuorovaikutusvoima levossa tyhjiössä on suoraan verrannollinen näiden varausten tuloon ja kääntäen verrannollinen niiden välisen etäisyyden neliöön. Lisäksi maksujen tulo on otettava modulo!

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

Tässä kaavassa q₁ ja q₂ovat pistemaksuja, katsotaan ruumiiksi; r² - näiden kappaleiden välinen etäisyys tasossa neliöstä otettuna; k on suhteellisuuskerroin ( $9\cdot 10^{9} \frac {H\cdot m^2}{C^2}$ tyhjiötä varten).

Coulombin voiman suunta ja kaavan vektorimuoto

Kaavan täydellisen ymmärtämiseksi Coulombin laki voidaan visualisoida:

Coulombin voiman suunta kahdelle saman napaisuuden omaaville pistevarauksille.

F_1,2- ensimmäisen varauksen vuorovaikutusvoima suhteessa toiseen.

F_2,1- toisen varauksen vuorovaikutusvoima suhteessa ensimmäiseen.

Myös sähköstaattisia ongelmia ratkaistaessa on otettava huomioon tärkeä sääntö: samannimiset sähkövaraukset hylkivät ja vastakkaiset varaukset vetävät puoleensa. Vuorovaikutusvoimien sijainti kuviossa riippuu tästä.

Jos otetaan huomioon vastakkaiset varaukset, niiden vuorovaikutuksen voimat suunnataan toisiaan kohti, mikä kuvaa niiden vetovoimaa.

Coulombin voiman suunta kahdelle eri napaisuudelle pistevaraukselle.

Sähköstaattisen peruslain kaava vektorimuodossa voidaan esittää seuraavasti:

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

$\vec F_1_2$ on pistevaraukseen q1 vaikuttava voima varauksen q2 puolelta,

$\vec r_1_2$ on sädevektori, joka yhdistää varauksen q2 varaukseen q1,

Lue myös: Kuinka tehdä elektroninen painettu piirilevy kotona?

$r=|\vec r_1_2|$

Tärkeä! Kun kaava on kirjoitettu vektorimuotoon, kahden pisteen sähkövarauksen vuorovaikutuksessa olevat voimat on heijastettava akselille, jotta merkit asetetaan oikein. Tämä toiminta on muodollisuus ja suoritetaan usein henkisesti ilman muistiinpanoja.

Missä Coulombin lakia sovelletaan käytännössä

Sähköstaattisen peruslaki on Charles Coulombin tärkein löytö, joka on löytänyt sovelluksensa monilla aloilla.

Kuuluisan fyysikon töitä käytettiin erilaisten laitteiden, laitteiden, laitteiden keksimiseen. Esimerkiksi salamanvarsi.

Ukkosenvarren avulla asuinrakennukset ja rakennukset suojataan ukkoselta ukkosen aikana. Näin ollen sähkölaitteiden suojausaste kasvaa.

Salamanvarsi toimii seuraavan periaatteen mukaan: ukkosmyrskyn aikana maahan alkaa vähitellen kerääntyä voimakkaita induktiovarauksia, jotka nousevat ylös ja vetäytyvät pilviin. Tässä tapauksessa maahan muodostuu melko suuri sähkökenttä. Salamanvarren lähellä sähkökenttä voimistuu, minkä seurauksena laitteen kärjestä syttyy koronasähkövaraus.

Lisäksi maahan muodostunut varaus alkaa vetää puoleensa päinvastaisen merkin omaavaa pilven varausta, kuten Charles Coulombin lain mukaan pitäisi olla. Sen jälkeen ilma käy läpi ionisaatioprosessin ja sähkökentän voimakkuus vähenee lähellä salamanvarren päätä. Siten salaman pääsy rakennukseen on minimaalinen.

Merkintä! Jos rakennukseen, johon salamanvarsi on asennettu, osuu, tulta ei tule ja kaikki energia menee maahan.

Coulombin lain perusteella kehitettiin laite nimeltä "Particle Accelerator", jolla on suuri kysyntä nykyään.

Tässä laitteessa luodaan voimakas sähkökenttä, joka lisää siihen putoavien hiukkasten energiaa.

Voimien suunta Coulombin laissa

Kuten edellä mainittiin, kahden pisteen sähkövarauksen vuorovaikutteisten voimien suunta riippuu niiden napaisuudesta. Nuo. Samannimiset varaukset hylkivät ja vastakkaiset varaukset houkuttelevat.

Lue myös: Kuinka tehdä metallinpaljastin omin käsin, apua aloittelijoille

Coulombin voimia voidaan kutsua myös sädevektoriksi, koska ne on suunnattu niiden väliin vedettyä viivaa pitkin.

Joissakin fysikaalisissa ongelmissa annetaan monimutkaisen muotoisia kappaleita, joita ei voida ottaa pistesähkövaraukseksi, ts. huomioimatta sen kokoa. Tässä tilanteessa tarkasteltava kappale on jaettava useisiin pieniin osiin ja jokainen osa on laskettava erikseen käyttäen Coulombin lakia.

Jakamalla saadut voimavektorit summataan algebran ja geometrian sääntöjen mukaisesti. Tuloksena on tuloksena oleva voima, joka on vastaus tähän ongelmaan. Tätä ratkaisumenetelmää kutsutaan usein kolmiomenetelmäksi.

Coulombin voimavektorien suunta.

Lain löytämisen historia

Kahden pistepanoksen vuorovaikutus yllä tarkastellun lain mukaan todisti ensimmäisen kerran vuonna 1785 Charles Coulomb. Fyysikko onnistui todistamaan muotoillun lain todenperäisyyden käyttämällä vääntövaakaa, jonka toimintaperiaate myös esiteltiin artikkelissa.

Coulomb osoitti myös, että pallomaisen kondensaattorin sisällä ei ole sähkövarausta. Niinpä hän tuli väittämään, että sähköstaattisten voimien suuruutta voidaan muuttaa muuttamalla tarkasteltavien kappaleiden välistä etäisyyttä.

Näin ollen Coulombin laki on edelleen tärkein sähköstaattinen laki, jonka perusteella on tehty monia suurimmista löydöistä. Tämän artikkelin puitteissa esiteltiin lain virallinen sanamuoto ja sen osatekijät kuvattiin yksityiskohtaisesti.

Samanlaisia artikkeleita: