La llei de Coulomb en paraules simples
Història del descobriment
Sh.O. El penjoll el 1785 va demostrar per primera vegada de forma experimental les interaccions descrites per la llei. Als seus experiments, va utilitzar bàscules especials de torsió. No obstant això, el 1773, Cavendish va demostrar, fent servir l'exemple d'un condensador esfèric, que no hi ha cap camp elèctric dins de l'esfera. Això suggereix que les forces electrostàtiques varien amb la distància entre els cossos. Per ser més precisos, la distància quadrada. Aleshores els seus estudis no es van publicar. Històricament, aquest descobriment va rebre el nom de Coulomb, i la quantitat en què es mesura la càrrega té un nom similar.
Redacció
La definició de la llei de Coulomb estableix:Al buit La interacció F de dos cossos carregats és directament proporcional al producte dels seus mòduls i inversament proporcional al quadrat de la distància entre ells.
Sona breu, però pot ser que no tothom sigui clar. En paraules senzilles:Com més gran és la càrrega que tenen els cossos i més s'apropen els uns dels altres, més gran és la força.
I viceversa:Si augmenteu la distància entre les càrregues, la força serà menor.
La fórmula de la regla de Coulomb s’assembla a aquesta:
La designació de les lletres: q és la magnitud de la càrrega, r és la distància entre elles, k és el coeficient, depèn del sistema d’unitats seleccionat.
La magnitud de la càrrega q pot ser condicionalment positiva o condicionalment negativa. Aquesta divisió és molt arbitrària. Quan els cossos toquen, es pot transmetre d'un a un altre. Es dedueix que el mateix cos pot tenir una càrrega de magnitud i signe diferents. Una càrrega puntual és una càrrega o un cos de dimensions molt inferiors a la distància d’una possible interacció.
Cal tenir en compte que el mitjà en què es troben les càrregues afecta la interacció F. Com que és gairebé igual en aire i en buit, el descobriment de Coulomb només és aplicable a aquests medis, aquesta és una de les condicions per aplicar aquest tipus de fórmules. Com ja s’ha comentat, al sistema SI la unitat de càrrega és la Coulomb, abreujada Cl. Caracteritza la quantitat d’electricitat per unitat de temps. Es deriva de les unitats bàsiques de SI.
1 C = 1 A * 1 s
Val a dir que la dimensió de 1 C és excessiva. Degut al fet que els portadors es rebutgen els uns als altres, és difícil mantenir-los en un cos petit, tot i que el corrent en 1A és petit, si flueix al conductor. Per exemple, un corrent de 0,5 A flueix a la mateixa làmpada incandescent de 100 W, i més de 10 A. flueix en un escalfador elèctric.
Potser haureu notat que la fórmula és gairebé la mateixa que en la interacció gravitatòria, només si apareixen masses en la mecànica newtoniana, aleshores les càrregues en l'electrostàtica.
Fórmula de Coulomb per a un medi dielèctric
El coeficient tenint en compte els valors del sistema SI es determina en N2* m2/ Cl2. És igual a:
En molts llibres de text, aquest coeficient es pot trobar en forma de fracció:
Aquí és0= 8,85 * 10-12 Kl2 / N * m2: aquesta és la constant elèctrica. Per a un dielèctric, E és la constant dielèctrica del medi, llavors la llei de Coulomb es pot utilitzar per calcular les forces d'interacció de les càrregues del buit i del medi.
Donada la influència del dielèctric, té la forma:
A partir d’aquí veiem que la introducció d’un dielèctric entre cossos redueix la força F.
Com es dirigeixen les forces
Les càrregues interaccionen entre si depenent de la seva polaritat: les càrregues idèntiques es repel·len les unes a les altres, i les atraccions oposades (oposades).
Per cert, aquesta és la diferència principal de la llei similar de la interacció gravitatòria, on els cossos sempre són atrets. Les forces es dirigeixen al llarg de la línia traçada entre elles, anomenada vector de radi. En física, es denota com a r12 i com a vector de radi de la primera a la segona càrrega i viceversa. Les forces es dirigeixen des del centre de la càrrega cap a la càrrega contrària al llarg d'aquesta línia, si les càrregues són oposades i, en sentit contrari, si són del mateix nom (dues positives o dues negatives). En forma vectorial:
La força aplicada a la primera càrrega del costat de la segona es denota com a F12. Llavors, en forma vectorial, la llei de Coulomb és la següent:
Per determinar la força aplicada a la segona càrrega, la notació F21 i R21.
Si el cos té una forma complexa i és prou gran que a una distància determinada no es pot considerar com a punt, es divideix en seccions petites i es considera que cada secció és una càrrega puntual. Després de l’addició geomètrica de tots els vectors resultants, s’obté la força resultant. Els àtoms i les molècules interactuen entre elles segons la mateixa llei.
Aplicació pràctica
El treball de Coulomb és molt important en l'electrostàtica, a la pràctica s'utilitza en diversos invents i dispositius. Un exemple sorprenent és el llamp. Amb la seva ajuda, els edificis i les instal·lacions elèctriques estan protegits de les tempestes de tempestes, evitant així l'incendi i la fallida dels equips. Quan plou amb tempestes a la terra, apareix una càrrega induïda de gran magnitud, queden atrets pel costat del núvol. Resulta que a la superfície de la terra apareix un gran camp elèctric. A prop de la punta del llamp, té un gran valor, per la qual cosa s'encén una descàrrega de corona des de la punta (des del terra, passant per un llamp fins al núvol). La càrrega de la terra és atreta per la càrrega oposada del núvol, segons la llei de Coulomb. L’aire està ionitzat i el camp elèctric disminueix prop del final del llamp. Per tant, no s’acumulen càrrecs a l’edifici, en aquest cas la probabilitat d’un llampec és petita. Si es produeix un cop a l'edifici, llavors, mitjançant la protecció contra llamps, tota l'energia es dirigirà a terra.
En investigacions científiques serioses s’utilitza la major construcció del segle XXI: l’accelerador de partícules. En ell, un camp elèctric treballa per augmentar l’energia de partícules. Tenint en compte aquests processos des del punt de vista de l’impacte d’una càrrega puntual per part d’un grup de càrrecs, totes les relacions de la llei resulten justes.
Per acabar, recomanem veure un vídeo que ofereix una explicació detallada de la llei de Coulomb:
Útil sobre el tema:
Carregant ...
