Τι είναι ο νόμος του Coulomb;
Ο νόμος του Coulomb χρησιμοποιείται στον τομέα της φυσικής υπολογίστε την ηλεκτρική δύναμη που λειτουργεί μεταξύ δύο φορτίων σε κατάσταση ηρεμίας.
Από αυτόν τον νόμο είναι δυνατόν να προβλεφθεί ποια θα είναι η ηλεκτροστατική δύναμη έλξης ή απώθησης που υπάρχει μεταξύ δύο σωματιδίων ανάλογα με το ηλεκτρικό τους φορτίο και την απόσταση μεταξύ τους.
Ο νόμος του Coulomb οφείλει το όνομά του στον Γάλλο φυσικό Charles-Augustin de Coulomb, ο οποίος το 1875 εξέφρασε αυτόν τον νόμο και ο οποίος αποτελεί τη βάση των ηλεκτροστατικών:
"Το μέγεθος καθεμιάς από τις ηλεκτρικές δυνάμεις με τις οποίες τα δύο σημεία φορτίζουν σε ηρεμία είναι ευθέως ανάλογο με το προϊόν του μεγέθους και των δύο φορτίων και αντιστρόφως ανάλογο με το τετράγωνο της απόστασης που τα χωρίζει και έχει την κατεύθυνση της γραμμής που ενώνει τους. Η δύναμη είναι απωθητική εάν οι χρεώσεις είναι του ίδιου σημείου, και έλξης εάν είναι του αντίθετου σημείου ».
Αυτός ο νόμος εκπροσωπείται ως εξής:
- φά = ηλεκτρική δύναμη έλξης ή απώθησης σε Newtons (N). Όπως οι χρεώσεις απωθούν και οι αντίθετες χρεώσεις προσελκύουν.
- κ = είναι το Σταθερά Coulomb ή ηλεκτρική σταθερά αναλογικότητας. Η δύναμη ποικίλλει ανάλογα με την ηλεκτρική διαπερατότητα (ε) του μέσου, είτε πρόκειται για νερό, αέρα, λάδι, κενό, μεταξύ άλλων.
- τι = τιμή ηλεκτρικών φορτίων που μετράται σε Coulomb (C).
- ρ = απόσταση που διαχωρίζει τα φορτία και μετριέται σε μέτρα (m).
Πρέπει να σημειωθεί ότι η ηλεκτρική διαπερατότητα του κενού είναι σταθερή και μία από τις πιο ευρέως χρησιμοποιούμενες. Υπολογίζεται ως εξής: ε 0 = 8.8541878176x10-12 ντο2 / (Νμ2). Είναι εξαιρετικά σημαντικό να ληφθεί υπόψη η διαπερατότητα του υλικού.
Η τιμή της σταθεράς Coulomb στο Διεθνές Σύστημα μετρήσεων είναι:
Αυτός ο νόμος λαμβάνει υπόψη μόνο την αλληλεπίδραση μεταξύ δύο σημείων ταυτόχρονα και καθορίζει μόνο τη δύναμη που υπάρχει μεταξύ του q1 και τι2 χωρίς να εξετάσουμε τα φορτία.
Ο Coulomb μπόρεσε να προσδιορίσει τις ιδιότητες της ηλεκτροστατικής δύναμης αναπτύσσοντας μια ισορροπία στρέψης ως όργανο μελέτης, το οποίο συνίστατο από μια ράβδο που κρέμεται από μια ίνα με την ικανότητα να στρίβει και να επιστρέφει στην αρχική της θέση.
Με αυτόν τον τρόπο, ο Coulomb μπορούσε να μετρήσει τη δύναμη που ασκήθηκε σε ένα σημείο στη ράβδο τοποθετώντας πολλές φορτισμένες σφαίρες σε διαφορετικές αποστάσεις προκειμένου να μετρήσει την ελκυστική ή απωθητική δύναμη καθώς περιστρέφεται η ράβδος.
Ηλεκτροστατική δύναμη
Το ηλεκτρικό φορτίο είναι ιδιοκτησία της ύλης και είναι η αιτία των φαινομένων που σχετίζονται με την ηλεκτρική ενέργεια.
Η ηλεκτροστατική είναι ο κλάδος της φυσικής που μελετά τα αποτελέσματα που παράγονται σε σώματα σύμφωνα με τα ηλεκτρικά φορτία τους σε ισορροπία.
Η ηλεκτρική δύναμη (F) είναι ανάλογη με τα φορτία που ενώνονται και αντιστρόφως αντιστοιχεί στην απόσταση μεταξύ τους. Αυτή η δύναμη δρα μεταξύ των φορτίων ακτινικά, δηλαδή, μια γραμμή μεταξύ των φορτίων, επομένως είναι ένα ακτινικό διάνυσμα μεταξύ των δύο φορτίων.
Επομένως, δύο χρεώσεις του ίδιου σημείου δημιουργούν θετική δύναμη, για παράδειγμα: - ∙ - = + ή + ∙ + = +. Από την άλλη πλευρά, δύο φορτία με αντίθετα σημάδια δημιουργούν αρνητική δύναμη, για παράδειγμα: - ∙ + = - ή + ∙ - = -.
Ωστόσο, δύο χρεώσεις με το ίδιο σήμα απωθούν (+ + / - -), αλλά δύο χρεώσεις με διαφορετικά σημάδια προσελκύουν (+ - / - +).
Παράδειγμα: εάν τρίψετε μια ταινία Teflon με ένα γάντι, το γάντι φορτίζεται θετικά και η ταινία φορτίζεται αρνητικά, οπότε όταν πλησιάζουν προσελκύουν το ένα το άλλο. Τώρα, εάν τρίβουμε ένα διογκωμένο μπαλόνι με τα μαλλιά μας, το μπαλόνι θα φορτιστεί με αρνητική ενέργεια και όταν πλησιάζει η ταινία Teflon, και οι δύο απωθούν ο ένας τον άλλον επειδή έχουν τον ίδιο τύπο φόρτισης.
Ομοίως, αυτή η δύναμη εξαρτάται από το ηλεκτρικό φορτίο και την απόσταση μεταξύ τους, είναι μια θεμελιώδης αρχή των ηλεκτροστατικών, καθώς και ένας νόμος που ισχύει για τα φορτία που βρίσκονται σε ηρεμία σε ένα πλαίσιο αναφοράς.
Αξίζει να σημειωθεί ότι για μικρές αποστάσεις οι δυνάμεις των ηλεκτρικών φορτίων αυξάνονται και για μεγάλες αποστάσεις οι δυνάμεις των ηλεκτρικών φορτίων μειώνονται, δηλαδή μειώνονται καθώς τα φορτία απομακρύνονται το ένα από το άλλο.
Μέγεθος δύναμης
Το μέγεθος της ηλεκτρομαγνητικής δύναμης είναι αυτό που επηρεάζει τα σώματα που περιέχουν ηλεκτρικό φορτίο και που μπορεί να οδηγήσει σε φυσικό ή χημικό μετασχηματισμό αφού τα σώματα μπορούν να προσελκύσουν ή να απωθήσουν το ένα το άλλο.
Επομένως, το μέγεθος που ασκείται σε δύο ηλεκτρικά φορτία είναι ίσο με τη σταθερά του μέσου στο οποίο τα ηλεκτρικά φορτία βρίσκονται από το πηλίκο μεταξύ του προϊόντος καθενός από αυτά και της απόστασης που τους χωρίζει τετράγωνο.
Το μέγεθος της ηλεκτροστατικής δύναμης είναι ανάλογο με το προϊόν του μεγέθους των φορτίων q1 επειδή2. Η ηλεκτροστατική δύναμη σε κοντινή απόσταση είναι πολύ ισχυρή.
Παραδείγματα του νόμου του Coulomb
Ακολουθούν διάφορα παραδείγματα ασκήσεων όπου πρέπει να εφαρμοστεί ο νόμος του Coulomb.
Παράδειγμα 1
Έχουμε δύο ηλεκτρικά φορτία, ένα από τα + 3c και ένα από -2c, χωρισμένα με απόσταση 3m. Για τον υπολογισμό της δύναμης που υπάρχει μεταξύ των δύο φορτίων, είναι απαραίτητο να πολλαπλασιαστεί η σταθερή Κ με το προϊόν και των δύο φορτίων. Όπως φαίνεται στην εικόνα, έχει ληφθεί αρνητική δύναμη.
Εικονογραφημένο παράδειγμα του τρόπου εφαρμογής του νόμου του Coulomb:
Παράδειγμα 2
Έχουμε φορτίο 6 x 10-6Γ (q1) που απέχει 2 μέτρα από φορτίο -4 x 10-6Γ (q2). Ποιο είναι λοιπόν το μέγεθος της δύναμης μεταξύ αυτών των δύο φορτίων;
προς την. Οι συντελεστές πολλαπλασιάζονται: 9 x 6 x 4 = 216.
σι. Οι εκθέτες προστίθενται αλγεβρικά: -6 και -6 = -12. Τώρα -12 + 9 = -3.
Απάντηση: F = 54 x 10-3 Ν.
Παραδείγματα ασκήσεων
1. Έχουμε φορτίο 3 x 10-6Γ (q1) και άλλο φορτίο -8 x 10-6Γ (q2) σε απόσταση 2 μέτρων. Ποιο είναι το μέγεθος της ελκυστικής δύναμης που υπάρχει μεταξύ των δύο;
Απάντηση: F = 54 X 10-3 Ν.
2. Προσδιορίστε τη δύναμη που λειτουργεί μεταξύ δύο ηλεκτρικών φορτίων 1 x 10-6Γ (q1) και άλλο φορτίο 2,5 x 10-6Γ (q2), τα οποία είναι σε ηρεμία και σε κενό σε απόσταση 5 cm (θυμηθείτε να φέρετε το cm σε m μετά το Διεθνές Σύστημα Μετρήσεων).
Απάντηση: F = 9 N.
