Coulombov zákon, definícia a vzorec - elektrické bodové náboje a ich vzájomné pôsobenie

Medzi nabitými telesami existuje interakčná sila, vďaka ktorej sa môžu navzájom priťahovať alebo odpudzovať. Coulombov zákon popisuje túto silu, ukazuje stupeň jej pôsobenia v závislosti od veľkosti a tvaru samotného telesa. Tento fyzikálny zákon bude diskutovaný v tomto článku.

Vzorec Coulombovho zákona.

Obsah

1 Stacionárne bodové poplatky
2 Torzná rovnováha Charlesa Coulomba
3 Faktor úmernosti k a elektrická konštanta
4 Smer Coulombovej sily a vektorový tvar vzorca
5 Kde sa v praxi uplatňuje Coulombov zákon
6 Smer síl v Coulombovom zákone
7 História objavenia zákona

Stacionárne bodové poplatky

Coulombov zákon platí pre stacionárne telesá, ktoré sú oveľa menšie ako ich vzdialenosť od iných objektov. Na takýchto telesách sa sústreďuje bodový elektrický náboj. Pri riešení fyzikálnych úloh sa zanedbávajú rozmery uvažovaných telies, pretože na nich naozaj nezáleží.

V praxi sú bodové náboje v pokoji znázornené nasledovne:

Bodový kladne nabitý náboj q1. Bodový kladne nabitý náboj q2.

V tomto prípade q₁ a q₂ - toto je pozitívne elektrické náboje a pôsobí na ne Coulombova sila (na obrázku nie je znázornená). Na veľkosti bodových prvkov nezáleží.

Poznámka! Náboje v pokoji sa nachádzajú v danej vzdialenosti od seba, čo sa v problémoch zvyčajne označuje písmenom r. Ďalej v článku budú tieto poplatky posudzované vo vákuu.

Torzná rovnováha Charlesa Coulomba

Toto zariadenie, ktoré vyvinul Coulomb v roku 1777, pomohlo odvodiť závislosť sily, ktorá bola neskôr pomenovaná po ňom. S jeho pomocou sa študuje interakcia bodových nábojov, ako aj magnetických pólov.

Torzné váhy majú malú hodvábnu niť umiestnenú vo vertikálnej rovine, z ktorej visí vyvážená páka. Bodové náboje sú umiestnené na koncoch páky.

Pôsobením vonkajších síl sa páka začne pohybovať vodorovne. Páka sa bude pohybovať v rovine, kým nebude vyvážená pružnou silou závitu.

V procese pohybu sa páka odchyľuje od vertikálnej osi o určitý uhol. Berie sa ako d a nazýva sa uhol natočenia. Po znalosti hodnoty tohto parametra je možné nájsť krútiaci moment vznikajúcich síl.

Prečítajte si tiež: Čo je elektrický prúd jednoduchými slovami

Torzná rovnováha Charlesa Coulomba vyzerá takto:

Torzná rovnováha Charlesa Coulomba.

Faktor úmernosti k a elektrická konštanta $\varepsilon_0$

Vo vzorci Coulombovho zákona sú parametre k - koeficient úmernosti resp $\varepsilon_0$ je elektrická konštanta. Elektrická konštanta $\varepsilon_0$ prezentované v mnohých referenčných knihách, učebniciach, na internete a netreba to počítať! Faktor úmernosti vákua na základe $\varepsilon_0$ možno nájsť podľa známeho vzorca:

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

Tu $\varepsilon_0=8,85\cdot 10^{-12} \frac {C^2}{H\cdot m^2}$ je elektrická konštanta,

$\pi=3,14$ - Pi,

$k=9\cdot 10^{9} \frac {H\cdot m^2}{C^2}$ je koeficient proporcionality vo vákuu.

Ďalšie informácie! Bez znalosti vyššie uvedených parametrov nebude možné nájsť silu interakcie medzi dvoma bodovými elektrickými nábojmi.
Formulácia a vzorec Coulombovho zákona

Aby sme zhrnuli vyššie uvedené, je potrebné uviesť oficiálnu formuláciu hlavného zákona elektrostatiky. Má podobu:

Sila interakcie dvoch bodových nábojov v pokoji vo vákuu je priamo úmerná súčinu týchto nábojov a nepriamo úmerná druhej mocnine vzdialenosti medzi nimi. Navyše, súčin poplatkov musí byť braný modulo!

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

V tomto vzorci q₁ a q₂sú bodové poplatky, považované za orgány; r² - vzdialenosť v rovine medzi týmito telesami, braná v štvorci; k je koeficient proporcionality ( $9\cdot 10^{9} \frac {H\cdot m^2}{C^2}$ pre vákuum).

Smer Coulombovej sily a vektorový tvar vzorca

Pre úplné pochopenie vzorca je možné vizualizovať Coulombov zákon:

Smer Coulombovej sily pre dva bodové náboje rovnakej polarity.

F_1,2- sila vzájomného pôsobenia prvého náboja vzhľadom na druhý.

F_2,1- sila vzájomného pôsobenia druhého náboja vo vzťahu k prvému.

Pri riešení problémov elektrostatiky je tiež potrebné vziať do úvahy dôležité pravidlo: elektrické náboje s rovnakým názvom sa odpudzujú a opačné náboje sa priťahujú. Od toho závisí umiestnenie interakčných síl na obrázku.

Ak vezmeme do úvahy opačné náboje, sily ich interakcie budú smerovať k sebe navzájom, čo znázorní ich príťažlivosť.

Smer Coulombovej sily pre dva bodové náboje rôznej polarity.

Vzorec základného zákona elektrostatiky vo vektorovej forme môže byť reprezentovaný takto:

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

$\vec F_1_2$ je sila pôsobiaca na bodový náboj q1 zo strany náboja q2,

$\vec r_1_2$ je vektor polomeru spájajúci náboj q2 s nábojom q1,

Prečítajte si tiež: Ako si vyrobiť elektronickú dosku plošných spojov doma?

$r=|\vec r_1_2|$

Dôležité! Po napísaní vzorca vo vektorovej forme bude potrebné na os premietnuť interakčné sily dvoch bodových elektrických nábojov, aby sa znamienka umiestnili správne. Táto akcia je formalitou a často sa vykonáva mentálne bez akýchkoľvek poznámok.

Kde sa v praxi uplatňuje Coulombov zákon

Základný zákon elektrostatiky je najvýznamnejším objavom Charlesa Coulomba, ktorý našiel svoje uplatnenie v mnohých oblastiach.

Diela slávneho fyzika boli použité v procese vynájdenia rôznych zariadení, zariadení, prístrojov. Napríklad bleskozvod.

Pomocou bleskozvodu sú obytné budovy a budovy chránené pred bleskom počas búrky. Tým sa zvyšuje stupeň ochrany elektrických zariadení.

Bleskozvod funguje podľa nasledujúceho princípu: počas búrky sa na zemi postupne začnú hromadiť silné indukčné náboje, ktoré stúpajú nahor a priťahujú sa k oblakom. V tomto prípade sa na zemi vytvorí pomerne veľké elektrické pole. V blízkosti bleskozvodu zosilnie elektrické pole, vďaka čomu sa zo špičky zariadenia zapáli korónový elektrický náboj.

Ďalej sa náboj vytvorený na zemi začína priťahovať k náboju oblaku s opačným znamienkom, ako by to malo byť podľa zákona Charlesa Coulomba. Potom vzduch prechádza procesom ionizácie a intenzita elektrického poľa sa zmenšuje na konci bleskozvodu. Riziko vniknutia blesku do budovy je teda minimálne.

Poznámka! Ak je zasiahnutá budova, na ktorej je inštalovaný bleskozvod, nedôjde k požiaru a všetka energia pôjde do zeme.

Na základe Coulombovho zákona bolo vyvinuté zariadenie s názvom „Urýchľovač častíc“, ktoré je dnes veľmi žiadané.

V tomto zariadení sa vytvára silné elektrické pole, ktoré zvyšuje energiu častíc, ktoré do neho padajú.

Smer síl v Coulombovom zákone

Ako bolo uvedené vyššie, smer vzájomne pôsobiacich síl dvoch bodových elektrických nábojov závisí od ich polarity. Tie. Náboje s rovnakým názvom sa budú odpudzovať a náboje s opačným nábojom sa budú priťahovať.

Prečítajte si tiež: Ako vyrobiť detektor kovov vlastnými rukami, pomoc pre začiatočníkov

Coulombove sily možno nazvať aj vektor polomeru, pretože sú nasmerované pozdĺž čiary vedenej medzi nimi.

V niektorých fyzikálnych úlohách sú dané telesá zložitého tvaru, ktoré nemožno považovať za bodový elektrický náboj, t.j. ignorovať jeho veľkosť. V tejto situácii musí byť uvažované telo rozdelené na niekoľko malých častí a každá časť musí byť vypočítaná samostatne pomocou Coulombovho zákona.

Silové vektory získané rozdelením sú zhrnuté podľa pravidiel algebry a geometrie. Výsledkom je výsledná sila, ktorá bude odpoveďou na tento problém. Tento spôsob riešenia sa často nazýva trojuholníková metóda.

Smer vektorov Coulombovej sily.

História objavenia zákona

Vzájomné pôsobenie dvoch bodových nábojov podľa vyššie uvedeného zákona prvýkrát dokázal v roku 1785 Charles Coulomb. Fyzikovi sa podarilo dokázať pravdivosť formulovaného zákona pomocou torzných váh, ktorých princíp fungovania bol tiež predstavený v článku.

Coulomb tiež dokázal, že vo vnútri guľového kondenzátora nie je žiadny elektrický náboj. Dospel teda k tvrdeniu, že veľkosť elektrostatických síl možno meniť zmenou vzdialenosti medzi uvažovanými telesami.

Coulombov zákon je teda dodnes najdôležitejším zákonom elektrostatiky, na základe ktorého bolo urobených mnoho najväčších objavov. V rámci tohto článku bolo predstavené oficiálne znenie zákona, ako aj podrobne popísané jeho súčasti.

Podobné články: