Mellan laddade kroppar finns en interaktionskraft på grund av vilken de kan attrahera eller stöta bort varandra. Coulombs lag beskriver denna kraft, visar graden av dess verkan, beroende på storleken och formen på själva kroppen. Denna fysiska lag kommer att diskuteras i den här artikeln.
Innehåll
Stationära punktladdningar
Coulombs lag gäller stationära kroppar som är mycket mindre än deras avstånd från andra föremål. En elektrisk punktladdning är koncentrerad på sådana kroppar. När man löser fysiska problem försummas dimensionerna av de övervägda kropparna, eftersom de spelar egentligen ingen roll.
I praktiken avbildas punktladdningar i vila enligt följande:
I det här fallet q1 och q2 - detta är positiv elektriska laddningar, och Coulomb-kraften verkar på dem (visas inte i figuren). Storleken på punktegenskaper spelar ingen roll.
Notera! Laddningar i vila ligger på ett givet avstånd från varandra, vilket i problem vanligtvis betecknas med bokstaven r. Längre fram i artikeln kommer dessa avgifter att betraktas i ett vakuum.
Torsionsbalans av Charles Coulomb
Denna enhet, utvecklad av Coulomb 1777, hjälpte till att härleda beroendet av den styrka som senare uppkallades efter honom. Med dess hjälp studeras interaktionen mellan punktladdningar, såväl som magnetiska poler.
En torsionsvåg har en liten sidentråd placerad i ett vertikalplan från vilket en balanserad spak hänger. Punktladdningar finns i ändarna av spaken.
Under inverkan av yttre krafter börjar spaken att röra sig horisontellt. Spaken kommer att röra sig i planet tills den balanseras av trådens elastiska kraft.
I rörelseprocessen avviker spaken från den vertikala axeln med en viss vinkel. Det tas som d och kallas rotationsvinkeln. Genom att känna till värdet på denna parameter är det möjligt att hitta vridmomentet för de uppkommande krafterna.
Vridningsbalansen för Charles Coulomb ser ut så här:
Proportionalitetsfaktor k och elektrisk konstant 
I formeln för Coulombs lag finns parametrar k - proportionalitetskoefficienten eller är den elektriska konstanten. Elektrisk konstant presenteras i många uppslagsböcker, läroböcker, Internet, och det behöver inte räknas! Vakuumproportionalitetsfaktor baserad på kan hittas med den välkända formeln:
Här 
är den elektriska konstanten,
- Pi,
är proportionalitetskoefficienten i vakuum.
Ytterligare information! Utan att känna till parametrarna som presenteras ovan kommer det inte att fungera att hitta kraften för interaktion mellan tvåpunkts elektriska laddningar.
Formulering och formel för Coulombs lag
För att sammanfatta ovanstående är det nödvändigt att ge den officiella formuleringen av huvudlagen för elektrostatik. Det tar formen:
Samverkanskraften mellan två punktladdningar i vila i vakuum är direkt proportionell mot produkten av dessa laddningar och omvänt proportionell mot kvadraten på avståndet mellan dem. Dessutom måste produkten av laddningar tas modulo!
I denna formel q1 och q2 är punktavgifter, anses organ; r2 - avståndet på planet mellan dessa kroppar, taget i kvadraten; k är proportionalitetskoefficienten (
för vakuum).
Riktningen av Coulomb-kraften och vektorformen för formeln
För en fullständig förståelse av formeln kan Coulombs lag visualiseras:
F1,2 - samverkanskraften mellan den första laddningen och den andra.
F2,1 - samverkanskraften för den andra laddningen i förhållande till den första.
När man löser problem med elektrostatik är det också nödvändigt att ta hänsyn till en viktig regel: elektriska laddningar med samma namn stöter bort och motsatta laddningar attraherar. Placeringen av interaktionskrafterna i figuren beror på detta.
Om motsatta laddningar beaktas, kommer krafterna i deras interaktion att riktas mot varandra, vilket visar deras attraktion.
Formeln för grundlagen för elektrostatik i vektorform kan representeras enligt följande:
är kraften som verkar på punktladdningen q1, från sidan av laddningen q2,
är radievektorn som förbinder laddningen q2 med laddningen q1,
Viktig! Efter att ha skrivit formeln i vektorform måste de samverkande krafterna från tvåpunktselektriska laddningar projiceras på axeln för att tecknen ska sättas korrekt. Denna åtgärd är en formalitet och utförs ofta mentalt utan några anteckningar.
Där Coulombs lag tillämpas i praktiken
Grundlagen för elektrostatik är Charles Coulombs viktigaste upptäckt, som har funnit sin tillämpning på många områden.
Den berömda fysikerns verk användes i processen att uppfinna olika enheter, enheter, apparater. Till exempel en blixtledare.
Med hjälp av en blixtledare skyddas bostadshus och byggnader från blixtnedslag vid åskväder. Således ökar skyddsgraden för elektrisk utrustning.
Blixtledaren fungerar enligt följande princip: under ett åskväder börjar gradvis starka induktionsladdningar samlas på marken, som stiger upp och attraheras av molnen. I det här fallet bildas ett ganska stort elektriskt fält på marken. Nära blixtledaren blir det elektriska fältet starkare, på grund av vilket en elektrisk koronaladdning antänds från enhetens spets.
Vidare börjar laddningen som bildas på marken att attraheras av molnets laddning med motsatt tecken, som det borde vara enligt Charles Coulombs lag. Efter det går luften genom joniseringsprocessen, och den elektriska fältstyrkan blir mindre nära änden av blixtstången. Därmed är risken för att blixten ska komma in i byggnaden minimal.
Notera! Om byggnaden på vilken blixtstången är installerad träffas, blir det ingen eld, och all energi kommer att gå ner i marken.
Baserat på Coulombs lag utvecklades en enhet som kallas "Partikelacceleratorn", som är mycket efterfrågad idag.
I denna enhet skapas ett starkt elektriskt fält, vilket ökar energin hos partiklar som faller in i den.
Kraftriktning i Coulombs lag
Som nämnts ovan beror riktningen för de samverkande krafterna hos tvåpunktselektriska laddningar på deras polaritet. De där. Laddningar med samma namn kommer att avvisa, och laddningar av motsatta laddningar kommer att locka.
Coulombkrafter kan också kallas radievektorn, eftersom de är riktade längs linjen som dras mellan dem.
I vissa fysiska problem ges kroppar av komplex form, som inte kan tas för en punktelektrisk laddning, d.v.s. ignorera dess storlek. I den här situationen måste kroppen i fråga delas upp i flera små delar och varje del måste beräknas separat med hjälp av Coulombs lag.
Kraftvektorerna som erhålls genom delning sammanfattas enligt reglerna för algebra och geometri. Resultatet är den resulterande kraften, som kommer att vara svaret på detta problem. Denna metod att lösa kallas ofta triangelmetoden.
Historien om upptäckten av lagen
Samspelet mellan två punktanklagelser enligt lagen som betraktades ovan bevisades först 1785 av Charles Coulomb. Fysikern lyckades bevisa sanningshalten i den formulerade lagen med hjälp av torsionsbalanser, vars funktionsprincip också presenterades i artikeln.
Coulomb bevisade också att det inte finns någon elektrisk laddning inuti en sfärisk kondensator. Så han kom till uttalandet att storleken på elektrostatiska krafter kan ändras genom att ändra avståndet mellan kropparna i fråga.
Sålunda är Coulombs lag fortfarande elektrostatikens viktigaste lag, på grundval av vilken många av de största upptäckterna har gjorts. Inom ramen för denna artikel presenterades lagens officiella ordalydelse, liksom dess beståndsdelar beskrevs i detalj.
Liknande artiklar:
