Mikä on Coulombin laki?
Coulombin lakia käytetään fysiikan alalla Laske kahden lepotilassa olevan varauksen välinen sähkövoima.
Tämän lain perusteella on mahdollista ennustaa, mikä on kahden hiukkasen välinen sähköstaattinen vetovoima tai työntövoima niiden sähkövarauksen ja niiden välisen etäisyyden mukaan.
Coulombin laki on velkaa nimensä ranskalaiselle fyysikolle Charles-Augustin de Coulombille, joka vuonna 1875 julisti tämän lain ja joka muodostaa sähköstaattisen perustan:
"Kunkin sähkövoiman, jonka kanssa kaksi pistelatausta vuorovaikutuksessa, suuruus on suoraan verrannollinen molempien varausten suuruustulokseen ja kääntäen verrannollinen niitä erottavan etäisyyden neliöön, jolla on yhdistävän linjan suunta. heitä. Voima on hylkivä, jos varaukset ovat saman merkin, ja vetovoima, jos ne ovat päinvastaisia.
Tätä lakia edustetaan seuraavasti:
- F = vetovoiman tai työntövoiman sähkövoima Newtonissa (N). Kuten maksut hylkäävät ja vastakkaiset maksut houkuttelevat.
- k = on Coulomb-vakio tai sähköinen suhteellisuusvakio. Voima vaihtelee väliaineen, esimerkiksi veden, ilman, öljyn, tyhjiön, sähköisen läpäisevyyden (e) mukaan.
- mitä = Coulombissa (C) mitattu sähkövarausten arvo.
- r = etäisyys, joka erottaa varaukset ja mitataan metreinä (m).
On huomattava, että tyhjiön sähköinen läpäisevyys on vakio ja yksi yleisimmin käytetyistä. Se lasketaan seuraavasti: ε 0 = 8,8541878176x10-12 C2 / (Nm2). On erittäin tärkeää ottaa huomioon materiaalin läpäisevyys.
Coulomb-vakion arvo kansainvälisessä mittausjärjestelmässä on:
Tämä laki ottaa huomioon vain kahden pistemäärän vuorovaikutuksen samanaikaisesti ja määrittää vain q: n välillä vallitsevan voiman1 ja mitä2 ottamatta huomioon ympärillä olevia kuormia.
Coulomb pystyi määrittämään sähköstaattisen voiman ominaisuudet kehittämällä vääntötasapainon tutkimuslaitteena, joka koostui kuidun päällä olevasta tangosta, jolla on kyky kiertyä ja palata alkuperäiseen asentoonsa.
Tällä tavalla Coulomb pystyi mittaamaan tangon pisteeseen kohdistuvan voiman sijoittamalla useita varautuneita palloja eri etäisyyksille vetovoiman tai hylkivän voiman mittaamiseksi tangon pyöriessä.
Sähköstaattinen voima
Sähkövaraus on aineen ominaisuus ja syy sähköön liittyviin ilmiöihin.
Elektrostaatti on fysiikan haara, joka tutkii vaikutuksia, joita kehoissa syntyy niiden tasapainossa olevien sähkövarausten mukaan.
Sähkövoima (F) on verrannollinen yhteen tulleisiin varauksiin ja kääntäen verrannollinen niiden väliseen etäisyyteen. Tämä voima vaikuttaa varausten välillä radiaalisesti, toisin sanoen varausten väliseen viivaan, joten se on radiaalivektori näiden kahden varauksen välillä.
Siksi kaksi saman merkin varausta tuottaa positiivisen voiman, esimerkiksi: - ∙ - = + tai + ∙ + = +. Toisaalta kaksi vastakkaisten merkkien varausta tuottaa negatiivisen voiman, esimerkiksi: - ∙ + = - tai + ∙ - = -.
Kaksi saman merkin varausta hylkää (+ + / - -), mutta kaksi eri merkillä olevaa latausta houkuttelee (+ - / - +).
Esimerkki: jos hierotaan teflonnauhaa käsineellä, käsine on positiivisesti ladattu ja teippi on negatiivisesti ladattu, joten kun ne lähestyvät, ne houkuttelevat toisiaan. Jos nyt hieromme täytettyä ilmapalloa hiuksillamme, ilmapallo ladataan negatiivisella energialla ja kun se tuodaan lähemmäksi teflonnauhaa, kumpikin karkottaa toisiaan, koska niillä on saman tyyppinen varaus.
Samoin tämä voima riippuu sähkövarauksesta ja niiden välisestä etäisyydestä, se on sähköstaattisuuden perusperiaate sekä laki, jota sovelletaan referenssikehyksen lepotilassa oleviin varauksiin.
On syytä mainita, että pienillä etäisyyksillä sähkövarausten voimat kasvavat ja suurilla etäisyyksillä sähkövarausten voimat pienenevät, toisin sanoen ne vähenevät, kun varaukset siirtyvät toisistaan.
Voiman suuruus
Sähkömagneettisen voiman suuruus vaikuttaa voimaan, joka sisältää sähkövarauksen, ja joka voi johtaa fyysiseen tai kemialliseen muutokseen, koska kappaleet voivat houkutella tai hylätä toisiaan.
Siksi kahdelle sähkövaraukselle aiheutuva suuruus on yhtä suuri kuin väliaineen vakio, jossa sähkövarat sijaitsevat, niiden molempien tulojen ja niitä erottavan etäisyyden välisellä osuudella.
Sähköstaattisen voiman suuruus on verrannollinen varausten q suuruuden tulokseen1 koska2. Sähköstaattinen voima lähietäisyydellä on erittäin voimakas.
Esimerkkejä Coulombin laista
Alla on erilaisia esimerkkejä harjoituksista, joissa Coulombin lakia tulisi soveltaa.
Esimerkki 1
Meillä on kaksi sähkövarausta, toinen + 3c ja toinen -2c, erotettuna 3 metrin etäisyydellä. Molempien varausten välillä vallitsevan voiman laskemiseksi on tarpeen kertoa vakio K molempien varausten tulolla. Kuten kuvasta näkyy, negatiivinen voima on saatu.
Havainnollistettu esimerkki Coulombin lain soveltamisesta:
Esimerkki 2
Saimme 6 x 10 kuorman-6C (q1), joka on 2 metrin päässä -4 x 10 kuormasta-6C (q2). Joten mikä on voiman suuruus näiden kahden varauksen välillä?
. Kertoimet kerrotaan: 9 x 6 x 4 = 216.
b. Eksponentit lisätään algebrallisesti: -6 ja -6 = -12. Nyt -12 + 9 = -3.
Vastaus: F = 54 x 10-3 N.
Esimerkkejä harjoituksista
1. Meillä on kuormitus 3 x 10-6C (q1) ja toinen kuormitus -8 x 10-6C (q2) 2 metrin etäisyydellä. Mikä on näiden kahden välillä vallitsevan vetovoiman suuruus?
Vastaus: F = 54 X 10-3 N.
2. Määritä kahden sähkövarauksen (1 x 10) välinen voima-6C (q1) ja toinen 2,5 x 10 kuorma-6C (q2), jotka ovat levossa ja tyhjiössä 5 cm: n etäisyydellä (muista tuoda cm metriksi kansainvälisen mittausjärjestelmän mukaisesti).
Vastaus: F = 9 N.
