Hukum Coulomb, definisi dan formula - cas titik elektrik dan interaksinya

Di antara badan bercas terdapat daya interaksi yang disebabkan olehnya mereka boleh menarik atau menolak antara satu sama lain. Hukum Coulomb menerangkan daya ini, menunjukkan tahap tindakannya, bergantung pada saiz dan bentuk badan itu sendiri. Undang-undang fizikal ini akan dibincangkan dalam artikel ini.

Formula undang-undang Coulomb.

Kandungan

1 Caj mata pegun
2 Imbangan kilasan Charles Coulomb
3 Faktor kekadaran k dan pemalar elektrik
4 Arah daya Coulomb dan bentuk vektor formula
5 Di mana undang-undang Coulomb digunakan dalam amalan
6 Arah daya dalam hukum Coulomb
7 Sejarah penemuan undang-undang

Caj mata pegun

Hukum Coulomb terpakai kepada jasad pegun yang jauh lebih kecil daripada jaraknya dari objek lain. Satu cas elektrik titik tertumpu pada jasad tersebut. Apabila menyelesaikan masalah fizikal, dimensi badan yang dipertimbangkan diabaikan, kerana mereka tidak begitu penting.

Dalam amalan, caj mata semasa rehat digambarkan seperti berikut:

Titik cas bercas positif q1. Titik cas bercas positif q2.

Dalam kes ini q₁ dan q₂ - ini adalah positif cas elektrik, dan daya Coulomb bertindak ke atasnya (tidak ditunjukkan dalam rajah). Saiz ciri titik tidak penting.

Catatan! Caj semasa rehat terletak pada jarak tertentu antara satu sama lain, yang dalam masalah biasanya dilambangkan dengan huruf r. Selanjutnya dalam artikel, caj ini akan dipertimbangkan dalam ruang hampa.

Imbangan kilasan Charles Coulomb

Peranti ini, yang dibangunkan oleh Coulomb pada tahun 1777, membantu menyimpulkan pergantungan kuasa yang kemudiannya dinamakan sempena namanya. Dengan bantuannya, interaksi cas titik, serta kutub magnet, dikaji.

Neraca kilasan mempunyai benang sutera kecil yang terletak dalam satah menegak dari mana tuas seimbang tergantung. Caj mata terletak di hujung tuil.

Di bawah tindakan kuasa luar, tuil mula bergerak secara mendatar. Tuas akan bergerak dalam satah sehingga ia diimbangi oleh daya kenyal benang.

Dalam proses pergerakan, tuil menyimpang dari paksi menegak dengan sudut tertentu. Ia diambil sebagai d dan dipanggil sudut putaran. Mengetahui nilai parameter ini, adalah mungkin untuk mencari tork daya timbul.

Imbangan kilasan Charles Coulomb kelihatan seperti ini:

Imbangan kilasan Charles Coulomb.

Faktor kekadaran k dan pemalar elektrik $\varepsilon_0$

Dalam formula undang-undang Coulomb terdapat parameter k - pekali perkadaran atau $\varepsilon_0$ ialah pemalar elektrik. Pemalar elektrik $\varepsilon_0$ dibentangkan dalam banyak buku rujukan, buku teks, Internet, dan ia tidak perlu dikira! Faktor perkadaran vakum berdasarkan $\varepsilon_0$ boleh didapati dengan formula yang terkenal:

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

Di sini $\varepsilon_0=8.85\cdot 10^{-12} \frac {C^2}{H\cdot m^2}$ ialah pemalar elektrik,

$\pi=3.14$ - Pi,

$k=9\cdot 10^{9} \frac {H\cdot m^2}{C^2}$ ialah pekali kekadaran dalam vakum.

Maklumat tambahan! Tanpa mengetahui parameter yang dibentangkan di atas, ia tidak akan berfungsi untuk mencari daya interaksi antara dua titik cas elektrik.
Rumusan dan formula hukum Coulomb

Untuk meringkaskan perkara di atas, adalah perlu untuk memberikan rumusan rasmi undang-undang utama elektrostatik. Ia mengambil bentuk:

Daya interaksi dua cas titik dalam keadaan diam dalam vakum adalah berkadar terus dengan hasil darab cas ini dan berkadar songsang dengan kuasa dua jarak antara mereka. Selain itu, produk caj mesti diambil modulo!

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

Dalam formula q ini₁ dan q₂adalah caj mata, badan yang dianggap; r² - jarak pada satah antara badan-badan ini, diambil di dataran; k ialah pekali kekadaran ( $9\cdot 10^{9} \frac {H\cdot m^2}{C^2}$ untuk vakum).

Arah daya Coulomb dan bentuk vektor formula

Untuk pemahaman lengkap tentang formula, hukum Coulomb boleh divisualisasikan:

Arah daya Coulomb untuk dua cas titik kekutuban yang sama.

F_1,2- daya interaksi cas pertama berkenaan dengan yang kedua.

F_2,1- daya interaksi cas kedua berhubung dengan yang pertama.

Juga, apabila menyelesaikan masalah elektrostatik, perlu mengambil kira peraturan penting: caj elektrik dengan nama yang sama menolak, dan caj bertentangan menarik. Lokasi daya interaksi dalam rajah bergantung pada ini.

Jika caj bertentangan dipertimbangkan, maka daya interaksi mereka akan diarahkan ke arah satu sama lain, menggambarkan tarikan mereka.

Arah daya Coulomb untuk dua cas titik yang berbeza kekutuban.

Formula undang-undang asas elektrostatik dalam bentuk vektor boleh diwakili seperti berikut:

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

$\vec F_1_2$ ialah daya yang bertindak pada titik cas q1, dari sisi cas q2,

$\vec r_1_2$ ialah vektor jejari yang menghubungkan cas q2 dengan cas q1,

$r=|\vec r_1_2|$

Penting! Setelah menulis formula dalam bentuk vektor, daya interaksi dua titik cas elektrik perlu ditayangkan ke paksi untuk meletakkan tanda dengan betul. Tindakan ini adalah formaliti dan selalunya dilakukan secara mental tanpa sebarang nota.

Di mana undang-undang Coulomb digunakan dalam amalan

Undang-undang asas elektrostatik adalah penemuan terpenting Charles Coulomb, yang telah menemui aplikasinya dalam banyak bidang.

Karya ahli fizik terkenal digunakan dalam proses mencipta pelbagai peranti, peranti, radas. Sebagai contoh, penangkal petir.

Dengan bantuan penangkal petir, bangunan kediaman dan bangunan dilindungi daripada kilat semasa ribut petir. Oleh itu, tahap perlindungan peralatan elektrik meningkat.

Batang petir berfungsi mengikut prinsip berikut: semasa ribut petir, caj aruhan yang kuat secara beransur-ansur mula terkumpul di atas tanah, yang naik dan tertarik ke awan. Dalam kes ini, medan elektrik yang agak besar terbentuk di atas tanah. Berhampiran batang petir, medan elektrik menjadi lebih kuat, akibatnya cas elektrik korona dinyalakan dari hujung peranti.

Selanjutnya, cas yang terbentuk di atas tanah mula tertarik kepada cas awan dengan tanda yang bertentangan, seperti yang sepatutnya mengikut undang-undang Charles Coulomb. Selepas itu, udara melalui proses pengionan, dan kekuatan medan elektrik menjadi kurang berhampiran penghujung rod kilat. Oleh itu, risiko kilat memasuki bangunan adalah minimum.

Catatan! Sekiranya bangunan di mana penangkal petir dipukul, maka tidak akan ada api, dan semua tenaga akan masuk ke dalam tanah.

Berdasarkan undang-undang Coulomb, peranti yang dipanggil "Pemecut Zarah" telah dibangunkan, yang sangat diperlukan hari ini.

Dalam peranti ini, medan elektrik yang kuat dicipta, yang meningkatkan tenaga zarah yang jatuh ke dalamnya.

Arah daya dalam hukum Coulomb

Seperti yang dinyatakan di atas, arah daya interaksi dua titik cas elektrik bergantung pada kekutubannya. Itu. Caj dengan nama yang sama akan menangkis, dan caj bagi caj bertentangan akan menarik.

Daya Coulomb juga boleh dipanggil vektor jejari, kerana mereka diarahkan sepanjang garis yang dilukis di antara mereka.

Dalam beberapa masalah fizikal, badan bentuk kompleks diberikan, yang tidak boleh diambil untuk cas elektrik titik, i.e. abaikan saiznya. Dalam keadaan ini, badan yang sedang dipertimbangkan mesti dibahagikan kepada beberapa bahagian kecil dan setiap bahagian mesti dikira secara berasingan, menggunakan hukum Coulomb.

Vektor daya yang diperoleh dengan membelah diringkaskan mengikut peraturan algebra dan geometri. Hasilnya adalah daya yang terhasil, yang akan menjadi jawapan untuk masalah ini. Kaedah penyelesaian ini sering dipanggil kaedah segitiga.

Arah vektor daya Coulomb.

Sejarah penemuan undang-undang

Interaksi dua pertuduhan mata oleh undang-undang yang dipertimbangkan di atas pertama kali dibuktikan pada tahun 1785 oleh Charles Coulomb. Ahli fizik berjaya membuktikan kebenaran undang-undang yang dirumuskan menggunakan keseimbangan kilasan, prinsip operasi yang juga dibentangkan dalam artikel itu.

Coulomb juga membuktikan bahawa tiada cas elektrik di dalam kapasitor sfera. Jadi dia sampai kepada kenyataan bahawa magnitud daya elektrostatik boleh diubah dengan mengubah jarak antara jasad yang sedang dipertimbangkan.

Oleh itu, undang-undang Coulomb masih merupakan undang-undang elektrostatik yang paling penting, yang berdasarkannya banyak penemuan terbesar telah dibuat. Dalam rangka artikel ini, kata-kata rasmi undang-undang telah dibentangkan, serta bahagian konstituennya diterangkan secara terperinci.

Artikel yang serupa: