Ο νόμος του Coulomb με απλά λόγια
Ανακάλυψη ιστορία
Σ.Ο. Το κρεμαστό κόσμημα το 1785 για πρώτη φορά απέδειξε πειραματικά τις αλληλεπιδράσεις που περιγράφει ο νόμος. Στα πειράματά του, χρησιμοποίησε ειδικές κλίμακες στρέψης. Ωστόσο, το 1773, αποδείχθηκε από τον Cavendish, χρησιμοποιώντας το παράδειγμα ενός σφαιρικού πυκνωτή, ότι δεν υπάρχει ηλεκτρικό πεδίο μέσα στη σφαίρα. Αυτό υποδηλώνει ότι οι ηλεκτροστατικές δυνάμεις ποικίλλουν ανάλογα με την απόσταση μεταξύ των σωμάτων. Για να είμαστε πιο ακριβείς, η τετραγωνική απόσταση. Τότε οι μελέτες του δεν δημοσιεύθηκαν. Ιστορικά, αυτή η ανακάλυψη πήρε το όνομά της από τον Coulomb και η ποσότητα στην οποία μετράται η φόρτιση έχει παρόμοιο όνομα.
Διατύπωση
Ο ορισμός του νόμου Coulomb αναφέρει:Σε κενό Η αλληλεπίδραση δύο φορτισμένων σωμάτων είναι άμεσα ανάλογη με το προϊόν των μονάδων τους και αντιστρόφως ανάλογη με το τετράγωνο της απόστασης μεταξύ τους.
Ακούγεται σύντομο, αλλά μπορεί να μην είναι σαφές σε όλους. Με απλά λόγια:Όσο μεγαλύτερη είναι η φόρτιση που έχουν τα σώματα και όσο πιο κοντά είναι το ένα στο άλλο, τόσο μεγαλύτερη είναι η δύναμη.
Και το αντίστροφο:Εάν αυξήσετε την απόσταση μεταξύ των χρεώσεων - η δύναμη θα μειωθεί.
Ο τύπος του κανόνα Coulomb μοιάζει με αυτό:
Ο προσδιορισμός των γραμμάτων: q είναι το μέγεθος του φορτίου, r είναι η απόσταση μεταξύ τους, το k είναι ο συντελεστής, εξαρτάται από το επιλεγμένο σύστημα μονάδων.
Το μέγεθος του φορτίου q μπορεί να είναι υπό όρους θετικό ή υπό όρους αρνητικό. Αυτή η διαίρεση είναι πολύ αυθαίρετη. Όταν τα σώματα αγγίζουν, μπορεί να μεταδοθεί από το ένα στο άλλο. Κατά συνέπεια, το ίδιο σώμα μπορεί να έχει μια φόρτιση διαφορετικού μεγέθους και σημείου. Ένα σημείο φόρτισης είναι ένα φορτίο ή σώμα του οποίου οι διαστάσεις είναι πολύ μικρότερες από την απόσταση μιας πιθανής αλληλεπίδρασης.
Πρέπει να έχουμε κατά νου ότι το μέσο στο οποίο βρίσκονται οι χρεώσεις επηρεάζει την αλληλεπίδραση F. Δεδομένου ότι είναι σχεδόν ίσο στον αέρα και στο κενό, η ανακάλυψη του Coulomb ισχύει μόνο σε αυτά τα μέσα, αυτή είναι μία από τις προϋποθέσεις για την εφαρμογή αυτού του τύπου φόρμουλας. Όπως προαναφέρθηκε, στο σύστημα SI η μονάδα φόρτισης είναι το Coulomb, συντομογραφία Cl. Χαρακτηρίζει την ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας ανά μονάδα χρόνου. Προέρχεται από τις βασικές μονάδες SI.
1 C = 1 A * 1 s
Αξίζει να σημειωθεί ότι η διάσταση 1 C είναι υπερβολική. Λόγω του γεγονότος ότι οι φορείς αποκρούουν ο ένας τον άλλον, είναι δύσκολο να τους κρατήσετε σε ένα μικρό σώμα, αν και το ρεύμα στο 1Α είναι μικρό, εάν ρέει σε έναν αγωγό. Για παράδειγμα, ρεύμα 0,5 Α ρέει στον ίδιο λαμπτήρα πυρακτώσεως 100 W και περισσότερο από 10 Α σε ηλεκτρικό θερμαντήρα. Μια τέτοια δύναμη (1 C) είναι περίπου ίση με τη μάζα 1 τόνου που δρα στο σώμα από την πλευρά του πλανήτη.
Μπορεί να έχετε παρατηρήσει ότι ο τύπος είναι σχεδόν ο ίδιος με τη βαρυτική αλληλεπίδραση, μόνο εάν οι μάζες εμφανίζονται στη Νευτώνεια μηχανική, και στη συνέχεια φορτίζονται στην ηλεκτροστατική.
Τύπος Coulomb για διηλεκτρικό μέσο
Ο συντελεστής που λαμβάνει υπόψη τις τιμές του συστήματος SI καθορίζεται στο Ν2* μ2/ Κλ2. Είναι ίσο με:
Σε πολλά εγχειρίδια, αυτός ο συντελεστής μπορεί να βρεθεί με τη μορφή κλάσματος:
Εδώ ε0= 8,85 * 10-12 Kl2 / N * m2 - αυτή είναι η ηλεκτρική σταθερά. Για διηλεκτρικό, το Ε είναι η διηλεκτρική σταθερά του μέσου, τότε ο νόμος Coulomb μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον υπολογισμό των δυνάμεων αλληλεπίδρασης των φορτίων για κενό και μέσο.
Δεδομένης της επιρροής του διηλεκτρικού, έχει τη μορφή:
Από εδώ βλέπουμε ότι η εισαγωγή διηλεκτρικού μεταξύ των σωμάτων μειώνει τη δύναμη F.
Πώς κατευθύνονται οι δυνάμεις
Οι χρεώσεις αλληλεπιδρούν μεταξύ τους ανάλογα με την πολικότητά τους - οι ίδιες αποκρούουν και προσελκύονται το αντίθετο (αντίθετο).
Παρεμπιπτόντως, αυτή είναι η κύρια διαφορά από τον παρόμοιο νόμο της βαρυτικής αλληλεπίδρασης, όπου τα σώματα προσελκύονται πάντα. Οι δυνάμεις κατευθύνονται κατά μήκος της γραμμής που σχηματίζεται μεταξύ τους, που ονομάζεται ακτίνα φορέα. Στη φυσική, συμβολίζεται ως r12 και ως διάνυσμα ακτίνας από την πρώτη έως τη δεύτερη φόρτιση και το αντίστροφο. Οι δυνάμεις κατευθύνονται από το κέντρο του φορτίου στο αντίθετο φορτίο κατά μήκος αυτής της γραμμής, εάν τα φορτία είναι αντίθετα, και στην αντίθετη κατεύθυνση, εάν έχουν το ίδιο όνομα (δύο θετικά ή δύο αρνητικά). Σε διανυσματική μορφή:
Η δύναμη που ασκείται στο πρώτο φορτίο από την πλευρά του δεύτερου συμβολίζεται ως F12. Στη συνέχεια, σε διανυσματική μορφή, ο νόμος του Coulomb έχει ως εξής:
Για τον προσδιορισμό της δύναμης που εφαρμόζεται στο δεύτερο φορτίο, η σημείωση F21 και R21.
Εάν το σώμα έχει σύνθετο σχήμα και είναι αρκετά μεγάλο ώστε σε μια δεδομένη απόσταση δεν μπορεί να θεωρηθεί σημείο, τότε χωρίζεται σε μικρά τμήματα και κάθε τμήμα θεωρείται ως σημείο φόρτισης. Μετά τη γεωμετρική προσθήκη όλων των προκύπτοντων διανυσμάτων, λαμβάνεται η προκύπτουσα δύναμη. Τα άτομα και τα μόρια αλληλεπιδρούν μεταξύ τους σύμφωνα με τον ίδιο νόμο.
Πρακτική εφαρμογή
Η δουλειά του Coulomb είναι πολύ σημαντική στην ηλεκτροστατική · στην πράξη, χρησιμοποιείται σε πολλές εφευρέσεις και συσκευές. Ένα εντυπωσιακό παράδειγμα είναι η κεραυνός. Με τη βοήθειά του, τα κτίρια και οι ηλεκτρικές εγκαταστάσεις προστατεύονται από καταιγίδες, αποτρέποντας έτσι την πυρκαγιά και τη βλάβη του εξοπλισμού. Όταν βρέχει με καταιγίδα στη γη εμφανίζεται μια επαγόμενη φόρτιση μεγάλου μεγέθους, έλκονται από την πλευρά του σύννεφου. Αποδεικνύεται ότι ένα μεγάλο ηλεκτρικό πεδίο εμφανίζεται στην επιφάνεια της γης. Κοντά στην άκρη της ράβδου αστραπής, έχει μεγάλη τιμή, ως αποτέλεσμα αυτού, μια εκφόρτιση κορώνας αναφλέγεται από το άκρο (από το έδαφος, μέσω της ράβδου αστραπής στο σύννεφο). Το φορτίο από τη γη προσελκύεται στην αντίθετη φόρτιση του σύννεφου, σύμφωνα με το νόμο του Coulomb. Ο αέρας ιονίζεται και το ηλεκτρικό πεδίο μειώνεται κοντά στο άκρο της ράβδου αστραπής. Έτσι, οι χρεώσεις δεν συσσωρεύονται στο κτίριο, οπότε η πιθανότητα αστραπής είναι μικρή. Εάν συμβεί χτύπημα στο κτίριο, τότε μέσω αστραπής όλη η ενέργεια θα πάει στο έδαφος.
Σε μια σοβαρή επιστημονική έρευνα, χρησιμοποιείται η μεγαλύτερη κατασκευή του 21ου αιώνα - ο επιταχυντής σωματιδίων. Σε αυτό, ένα ηλεκτρικό πεδίο κάνει το έργο της αύξησης της ενέργειας των σωματιδίων. Λαμβάνοντας υπόψη αυτές τις διαδικασίες από την άποψη του αντίκτυπου σε μια χρέωση σημείου από μια ομάδα χρεώσεων, τότε όλες οι σχέσεις του νόμου αποδεικνύονται έγκυρες.
Τέλος, προτείνουμε να παρακολουθήσετε ένα βίντεο που παρέχει μια λεπτομερή εξήγηση του νόμου Coulomb:
Χρήσιμο για το θέμα:
Φόρτωση ...
