Закон на Кулон, дефиниция и формула - електрически точкови заряди и тяхното взаимодействие

Между заредените тела има сила на взаимодействие, поради която те могат да се привличат или отблъскват взаимно. Законът на Кулон описва тази сила, показва степента на нейното действие в зависимост от размера и формата на самото тяло. Този физически закон ще бъде обсъден в тази статия.

Формулата на закона на Кулон.

Съдържание

1 Стационарни точкови заряди
2 Торсионен баланс на Чарлз Кулон
3 Коефициент на пропорционалност k и електрическа константа
4 Посоката на кулоновата сила и векторната форма на формулата
5 Където законът на Кулон се прилага на практика
6 Направление на силите в закона на Кулон
7 История на откриването на закона

Стационарни точкови заряди

Законът на Кулон се прилага за неподвижни тела, които са много по-малки от разстоянието им от други обекти. Върху такива тела е концентриран точков електрически заряд. При решаване на физически задачи размерите на разглежданите тела се пренебрегват, т.к те всъщност нямат значение.

На практика точковите заряди в покой се изобразяват, както следва:

Точков положително зареден заряд q1.

В този случай q₁ и q₂ - това е положителен електрически заряди и върху тях действа кулоновата сила (не е показано на фигурата). Размерът на точковите характеристики няма значение.

Забележка! Зарядите в покой са разположени на определено разстояние един от друг, което в задачите обикновено се обозначава с буквата r. По-нататък в статията тези такси ще бъдат разгледани във вакуум.

Торсионен баланс на Чарлз Кулон

Това устройство, разработено от Кулон през 1777 г., помогна да се изведе зависимостта на силата, наречена по-късно на негово име. С негова помощ се изучава взаимодействието на точковите заряди, както и на магнитните полюси.

Торсионната везна има малка копринена нишка, разположена във вертикална равнина, от която виси балансиран лост. Точковите заряди са разположени в краищата на лоста.

Под действието на външни сили лостът започва да се движи хоризонтално. Лостът ще се движи в равнината, докато се балансира от еластичната сила на конеца.

В процеса на движение лостът се отклонява от вертикалната ос под определен ъгъл. Приема се като d и се нарича ъгъл на въртене. Познавайки стойността на този параметър, е възможно да се намери въртящият момент на възникващите сили.

Прочетете също: Какво е електрически ток с прости думи

Торсионният баланс на Чарлз Кулон изглежда така:

Торсионен баланс на Чарлз Кулон.

Коефициент на пропорционалност k и електрическа константа $\varepsilon_0$

Във формулата на закона на Кулон има параметри k - коефициентът на пропорционалност или $\varepsilon_0$ е електрическата константа. Електрическа константа $\varepsilon_0$ представено в много справочници, учебници, интернет и не е нужно да се брои! Коефициент на пропорционалност на вакуума, базиран на $\varepsilon_0$ може да се намери по добре познатата формула:

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

Тук $\varepsilon_0=8,85\cdot 10^{-12} \frac {C^2}{H\cdot m^2}$ е електрическата константа,

$\pi=3,14$ - Пи,

$k=9\cdot 10^{9} \frac {H\cdot m^2}{C^2}$ е коефициентът на пропорционалност във вакуум.

Допълнителна информация! Без да се познават параметрите, представени по-горе, няма да работи да се намери силата на взаимодействие между два точкови електрически заряда.
Формулиране и формула на закона на Кулон

За да обобщим горното, е необходимо да се даде официалната формулировка на основния закон на електростатиката. Приема формата:

Силата на взаимодействие на два точкови заряда в покой във вакуум е право пропорционална на произведението на тези заряди и обратно пропорционална на квадрата на разстоянието между тях. Освен това произведението на таксите трябва да се вземе по модул!

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

В тази формула q₁ и q₂са точкови заряди, считани тела; r² - разстоянието в равнината между тези тела, взето в квадрат; k е коефициентът на пропорционалност ( $9\cdot 10^{9} \frac {H\cdot m^2}{C^2}$ за вакуум).

Посоката на кулоновата сила и векторната форма на формулата

За пълно разбиране на формулата, законът на Кулон може да бъде визуализиран:

Посоката на кулоновата сила за два точкови заряда с еднакъв полярност.

Ф_1,2- силата на взаимодействие на първия заряд спрямо втория.

Ф_2,1- силата на взаимодействие на втория заряд спрямо първия.

Също така, при решаване на проблеми с електростатиката, е необходимо да се вземе предвид важно правило: електрическите заряди със същото име се отблъскват, а противоположните заряди се привличат. От това зависи местоположението на силите на взаимодействие на фигурата.

Ако се разглеждат противоположни заряди, тогава силите на тяхното взаимодействие ще бъдат насочени една към друга, изобразявайки тяхното привличане.

Посока на кулоновата сила за два точкови заряда с различна полярност.

Формулата на основния закон на електростатиката във векторна форма може да бъде представена, както следва:

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

$\vec F_1_2$ е силата, действаща върху точковия заряд q1, от страната на заряда q2,

$\vec r_1_2$ е радиус векторът, свързващ заряда q2 със заряда q1,

Прочетете също: Как да си направим електронна печатна платка у дома?

$r=|\vec r_1_2|$

Важно! След като напишете формулата във векторна форма, взаимодействащите сили на два точкови електрически заряда ще трябва да се проектират върху оста, за да се поставят правилно знаците. Това действие е формалност и често се извършва мислено без никакви бележки.

Където законът на Кулон се прилага на практика

Основният закон на електростатиката е най-важното откритие на Чарлз Кулон, което е намерило своето приложение в много области.

Творбите на известния физик са използвани в процеса на изобретяване на различни устройства, устройства, апарати. Например гръмоотвод.

С помощта на гръмоотвод се защитават жилищни сгради и сгради от мълнии по време на гръмотевична буря. По този начин се повишава степента на защита на електрическото оборудване.

Гръмоотводът работи на следния принцип: по време на гръмотевична буря на земята постепенно започват да се натрупват силни индукционни заряди, които се издигат нагоре и се привличат към облаците. В този случай на земята се образува доста голямо електрическо поле. В близост до гръмоотвода електрическото поле става по-силно, поради което от върха на устройството се запалва коронен електрически заряд.

Освен това, образуваният на земята заряд започва да се привлича към заряда на облака с противоположен знак, както трябва да бъде според закона на Чарлз Кулон. След това въздухът преминава през процеса на йонизация и силата на електрическото поле става по-малка близо до края на гръмоотвода. Така рискът от проникване на мълния в сградата е минимален.

Забележка! Ако сградата, върху която е монтиран гръмоотводът, бъде ударена, тогава няма да има пожар и цялата енергия ще отиде в земята.

Въз основа на закона на Кулон е разработено устройство, наречено „Ускорител на частици“, което днес е много търсено.

В това устройство се създава силно електрическо поле, което увеличава енергията на частиците, попадащи в него.

Направление на силите в закона на Кулон

Както бе споменато по-горе, посоката на взаимодействащите сили на два точкови електрически заряда зависи от тяхната полярност. Тези. Зарядите със същото име ще се отблъснат, а зарядите с противоположни заряди ще се привличат.

Прочетете също: Как да направите металотърсач със собствените си ръце, помощ за начинаещи

Кулоновите сили могат да се нарекат и радиус вектор, т.к те са насочени по начертаната между тях линия.

В някои физически задачи са дадени тела със сложна форма, които не могат да се приемат за точков електрически заряд, т.е. игнорирайте размера му. В тази ситуация разглежданото тяло трябва да бъде разделено на няколко малки части и всяка част трябва да бъде изчислена отделно, като се използва законът на Кулон.

Силовите вектори, получени чрез разделяне, се обобщават според правилата на алгебрата и геометрията. Резултатът е получената сила, която ще бъде отговорът на този проблем. Този метод за решаване често се нарича метод на триъгълник.

Посоката на векторите на кулоновата сила.

История на откриването на закона

Взаимодействията на два точкови заряда от закона, разгледан по-горе, са доказани за първи път през 1785 г. от Чарлз Кулон. Физикът успя да докаже истинността на формулирания закон с помощта на торсионни везни, чийто принцип на действие също беше представен в статията.

Кулон също доказа, че вътре в сферичен кондензатор няма електрически заряд. Така той стигна до твърдението, че величината на електростатичните сили може да се промени чрез промяна на разстоянието между разглежданите тела.

Така законът на Кулон все още е най-важният закон на електростатиката, въз основа на който са направени много от най-големите открития. В рамките на този член беше представена официалната редакция на закона, както и подробно описани съставните му части.

Подобни статии: