Coulombin laki yksinkertaisin sanoin
Löytötarina
Sh.O. Vuonna 1785 tehty riipus osoitti ensimmäisen kerran kokeellisesti laissa kuvatun vuorovaikutuksen. Kokeiluissaan hän käytti erityisiä vääntövaakoja. Kuitenkin jo vuonna 1773 Cavendish todisti pallomaisen kondensaattorin esimerkillä, että pallon sisällä ei ole sähkökenttää. Tämä viittaa siihen, että sähköstaattiset voimat vaihtelevat kappaleiden välisen etäisyyden mukaan. Tarkemmin sanottuna neliön etäisyys. Sitten hänen tutkimuksiaan ei julkaistu. Historiallisesti tämä löytö on nimetty Coulomb-nimeltä, ja määrällä, jolla varaus mitataan, on samanlainen nimi.
muotoilu
Coulombin lain määritelmässä todetaan seuraavaa:Tyhjiössä Kahden varautuneen rungon F-vuorovaikutus on suoraan verrannollinen niiden moduulien tuotteeseen ja käänteisesti verrannollinen niiden välisen etäisyyden neliöön.
Se kuulostaa lyhyeltä, mutta se ei välttämättä ole selvää kaikille. Yksinkertaisin sanoin:Mitä suurempi varaus on vartaloilla ja mitä lähempänä ne ovat toisiinsa, sitä suurempi lujuus.
Ja päinvastoin:Jos kasvatat latausten välistä etäisyyttä - voima vähenee.
Coulomb-säännön kaava näyttää tältä:
Kirjainten merkintä: q on varauksen suuruus, r on niiden välinen etäisyys, k on kerroin, riippuu valitusta yksikköjärjestelmästä.
Varauksen suuruus q voi olla ehdollisesti positiivinen tai ehdollisesti negatiivinen. Tämä jako on hyvin mielivaltainen. Kun vartalo koskettaa, se voidaan siirtää yhdestä toiseen. Tästä seuraa, että samalla vartalolla voi olla eri suuruinen varaus ja merkki. Pistevaraus on varaus tai kappale, jonka mitat ovat paljon pienemmät kuin mahdollisen vuorovaikutuksen etäisyys.
On pidettävä mielessä, että väliaine, jossa varaukset sijaitsevat, vaikuttaa F-vuorovaikutukseen. Koska se on melkein yhtä suuri ilmassa ja tyhjössä, Coulombin löytö soveltuu vain näille väliaineille, tämä on yksi edellytyksistä tämän tyyppisen kaavan soveltamiseksi. Kuten jo mainittiin, SI-järjestelmässä maksuyksikkö on Coulomb, lyhennettynä Cl. Se kuvaa sähkön määrää aikayksikköä kohti. Se on johdettu SI-perusyksiköistä.
1 C = 1 A * 1 s
On syytä huomata, että 1 C-mitta on liian suuri. Koska kantoaallot hylätään toisistaan, on vaikea pitää niitä pienessä rungossa, vaikka virta 1A: ssa on pieni, jos se virtaa johtimessa. Esimerkiksi samassa 100 W hehkulampussa virtaa 0,5 A virta ja sähkölämmittimessä virtaa yli 10 A. Tällainen voima (1 C) on suunnilleen yhtä suuri kuin 1 tonnin massa, joka vaikuttaa vartaloon maapallon puolelta.
Olet ehkä huomannut, että kaava on käytännössä sama kuin gravitaatiovuorovaikutuksessa, vain jos massat esiintyvät Newtonin mekaniikassa, sitten varaukset sähköstatiikassa.
Coulomb-kaava dielektriselle väliaineelle
Kerroin, jossa otetaan huomioon SI-järjestelmän arvot, määritetään N: nä2* m2/ Cl2. Se on yhtä suuri kuin:
Monissa oppikirjoissa tämä kerroin löytyy murtona:
Tässä e0= 8,85 * 10-12 Kl2 / N * m2 - tämä on sähkövakio. Dielektriselle elementille E on väliaineen dielektrisyysvakio, sitten Coulombin lakia voidaan käyttää laskettaessa tyhjiön ja väliaineen varausten vuorovaikutusvoimia.
Dielektrisen vaikutuksen perusteella sillä on muoto:
Tästä eteenpäin näemme, että dielektrisen asettaminen kappaleiden välille vähentää voimaa F.
Kuinka voimia ohjataan?
Lataukset ovat vuorovaikutuksessa keskenään napaisuudestaan riippuen - identtiset lataukset hylkivät toisiaan, ja vastakkaiset (vastakkaiset) houkuttelevat.
Muuten, tämä on tärkein ero samanlaisesta painovoimaisen vuorovaikutuksen laista, jossa kehoja houkutellaan aina. Voimat on suunnattu niiden välistä linjaa pitkin, jota kutsutaan sädevektoriksi. Fysiikassa merkitään nimellä r12 ja sädevektorina ensimmäisestä toiseen varaukseen ja päinvastoin. Voimat ohjataan latauksen keskustasta vastakkaiseen lataukseen tätä linjaa pitkin, jos varaukset ovat vastakkaisia, ja vastakkaiseen suuntaan, jos ne ovat samannimisiä (kaksi positiivista tai kaksi negatiivista). Vektorimuodossa:
Ensimmäiseen varaukseen toisen puolelta kohdistettu voima on merkitty F: llä12. Sitten vektorimuodossa Coulombin laki on seuraava:
Toiseen varaukseen kohdistetun voiman määrittämiseksi merkintä F21 ja R21.
Jos rungolla on monimutkainen muoto ja se on riittävän suuri, että tietyllä etäisyydellä sitä ei voida pitää pisteenä, se on jaettu pieniin osiin ja kutakin osaa pidetään pistevarauksena. Kaikkien tuloksena olevien vektoreiden geometrisen lisäyksen jälkeen saadaan tuloksena oleva voima. Atomit ja molekyylit ovat vuorovaikutuksessa toistensa kanssa saman lain mukaisesti.
Käytännön sovellus
Coulombin työ on erittäin tärkeä sähköstatiikassa, käytännössä sitä käytetään useissa keksinnöissä ja laitteissa. Vaikuttava esimerkki on salaman sauva. Sen avulla rakennukset ja sähköasennukset on suojattu ukkosta, estäen siten tulipalo ja laiteviat. Kun sataa maan päällä ukonilmaa, ilmaantuu suuren voimakkuuden indusoitu varaus, ne houkutellaan pilven puolelle. Osoittautuu, että maan pinnalle ilmestyy suuri sähkökenttä. Lähellä salamatangon kärkeä sillä on suuri arvo, minkä seurauksena koronapurkaus syttyy kärjestä (maasta, salamatangon läpi pilveen). Maan varaus vetoaa pilven vastakkaiseen varaukseen Coulombin lain mukaan. Ilma on ionisoitunut ja sähkökenttä vähenee lähellä salamatangon päätä. Siksi varauksia ei kerry rakennukseen, jolloin salamaisku on todennäköinen. Jos rakennukseen tapahtuu isku, silloin salamasuojauksen kautta kaikki energia menee maahan.
Vakavassa tieteellisessä tutkimuksessa käytetään 2000-luvun suurinta rakennetta - hiukkaskiihdytin. Siinä sähkökenttä lisää hiukkasten energian lisäämistä. Kun tarkastellaan näitä prosesseja maksujen ryhmän pistemaksuun kohdistuvan vaikutuksen kannalta, niin kaikki lain suhteet ovat voimassa.
Lopuksi suosittelemme katsomaan videota, joka antaa yksityiskohtaisen selityksen Coulomb-laista:
Hyödyllinen aiheesta:
Ladataan ...
