Kaj je Coulombov zakon?
Coulombov zakon se na področju fizike uporablja za izračunajte električno silo, ki deluje med dvema nabojema v mirovanju.
Iz tega zakona je mogoče predvideti, kakšna bo elektrostatična sila privlačnosti ali odbijanja med dvema delcema glede na njihov električni naboj in razdaljo med njima.
Coulombov zakon svoje ime dolguje francoskemu fiziku Charlesu-Augustinu de Coulombu, ki je leta 1875 ta zakon razglasil in je osnova elektrostatike:
"Velikost vsake električne sile, s katero med seboj počivata dva točkovna naboja, je neposredno sorazmerna zmnožku velikosti obeh nabojev in obratno sorazmerna kvadratu razdalje, ki ju ločuje, in ima smer črte, ki se povezuje njih. Sila je odbojna, če sta naboja istega znaka, in privlačna, če sta nasprotnega predznaka. "
Ta zakon je predstavljen na naslednji način:
- F = električna sila privlačnosti ali odbijanja v Newtonih (N). Tako kot se obtožbe odbijajo in nasprotne obtožbe privlačijo.
- k = je Coulomova konstanta ali električna konstanta sorazmernosti. Sila se spreminja glede na električno propustnost medija (ε) medija, pa naj bo to med drugim voda, zrak, olje, vakuum.
- kaj = vrednost električnih nabojev, izmerjenih v Coulomb (C).
- r = razdalja, ki ločuje naboje in se meri v metrih (m).
Treba je opozoriti, da je električna propustnost vakuuma konstantna in ena najpogosteje uporabljenih. Izračuna se na naslednji način: ε 0 = 8,8541878176x10-12 C2 / (Nm2). Izjemno pomembno je, da upoštevamo propustnost materiala.
Vrednost Coulomove konstante v mednarodnem sistemu meritev je:
Ta zakon upošteva le interakcijo med dvema točkovnima nabojema hkrati in določa le silo, ki obstaja med q1 in kaj2 brez upoštevanja obremenitev okoli.
Coulomb je lahko določil lastnosti elektrostatične sile z razvojem torzijske tehtnice kot študijskega instrumenta, ki je bil sestavljen iz palice, obešene na vlaknu s sposobnostjo zasuka in vrnitve v prvotni položaj.
Na ta način je lahko Coulomb izmeril silo, ki deluje na točko na palici, tako da je na različne razdalje postavil več napolnjenih krogel, da je med vrtenjem palice izmeril privlačno ali odbojno silo.
Elektrostatična sila
Električni naboj je lastnost snovi in je vzrok pojavov, povezanih z elektriko.
Elektrostatika je veja fizike, ki preučuje učinke, ki nastajajo v telesih glede na njihov električni naboj v ravnovesju.
Električna sila (F) je sorazmerna z naboji, ki se sestavijo, in obratno sorazmerna z razdaljo med njimi. Ta sila deluje med naboji radialno, to je črta med naboji, torej je radialni vektor med obema nabojema.
Zato dva naboja istega znaka ustvarjata pozitivno silo, na primer: - ∙ - = + ali + ∙ + = +. Po drugi strani pa dva naboja z nasprotnima znakoma ustvarjata negativno silo, na primer: - ∙ + = - ali + ∙ - = -.
Vendar dva naboja z istim predznakom odbijata (+ + / - -), vendar dva naboja z različnimi predznaki privlačita (+ - / - +).
Primer: če si z rokavico podrgnete teflonski trak, je rokavica pozitivno napolnjena, trak pa negativno napolnjen, zato se, ko se približata, medsebojno privlačita. Če zdaj napihnjeni balon podrgnemo z lasmi, se bo balon napolnil z negativno energijo in ko ga približamo teflonskemu traku, se oba odganjata, ker imata enako vrsto naboja.
Ta sila je prav tako odvisna od električnega naboja in razdalje med njimi, je temeljno načelo elektrostatike in zakon, ki velja za mirujoče naboje v referenčnem okviru.
Omeniti velja, da se pri majhnih razdaljah sile električnih nabojev povečajo, pri velikih razdaljah pa se sile električnih nabojev zmanjšajo, to pomeni, da se z odmikanjem nabojev zmanjšajo.
Velikost sile
Velikost elektromagnetne sile je tista, ki vpliva na telesa, ki vsebujejo električni naboj, in ki lahko vodi do fizične ali kemične preobrazbe, saj se lahko telesa medsebojno privlačijo ali odbijajo.
Zato je velikost dveh električnih nabojev enaka konstanti medija, v katerem so električni naboji, s količnikom med zmnožkom vsakega od njih in razdaljo, ki ju ločuje na kvadrat.
Velikost elektrostatične sile je sorazmerna zmnožku velikosti nabojev q1 Ker2. Elektrostatična sila od blizu je zelo močna.
Primeri Coulombovega zakona
Spodaj so navedeni različni primeri vaj, pri katerih 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 treba konstanto K pomnožiti z zmnožkom obeh nabojev. Kot je razvidno iz slike, je bila pridobljena negativna sila.
Ilustriran primer uporabe Coulombovega zakona:
2. primer
Dobili smo obremenitev 6 x 10-6C (q1), ki je od obremenitve -4 x 10 oddaljena 2 m-6C (q2). Kakšna je torej velikost sile med tema dvema nabojema?
do. Koeficienti se pomnožijo: 9 x 6 x 4 = 216.
b. Eksponente se doda algebraično: -6 in -6 = -12. Zdaj -12 + 9 = -3.
Odgovor: F = 54 x 10-3 N.
Primeri vaj
1. Imamo obremenitev 3 x 10-6C (q1) in še eno obremenitev -8 x 10-6C (q2) na razdalji 2 m. Kakšna je velikost privlačne sile, ki obstaja med obema?
Odgovor: F = 54 X 10-3 N.
2. Določite silo, ki deluje med dvema električnima nabojema 1 x 10-6C (q1) in še 2,5 x 10 obremenitve-6C (q2), ki so v mirovanju in v vakuumu na razdalji 5 cm (ne pozabite prinesti cm na m po mednarodnem sistemu meritev).
Odgovor: F = 9 N.
