De wet van Coulomb in eenvoudige woorden
Ontdekkingsverhaal
Sh.O. De hanger in 1785 bewees voor het eerst experimenteel de door de wet beschreven interacties. Bij zijn experimenten gebruikte hij speciale torsieweegschalen. Maar in 1773 bewees Cavendish, met behulp van het voorbeeld van een sferische condensator, dat er geen elektrisch veld in de bol is. Dit suggereert dat de elektrostatische krachten variëren met de afstand tussen de lichamen. Om precies te zijn, de gekwadrateerde afstand. Vervolgens werden zijn studies niet gepubliceerd. Historisch gezien is deze ontdekking vernoemd naar Coulomb en de hoeveelheid waarin de lading wordt gemeten heeft een vergelijkbare naam.
Formulering
De definitie van de wet van Coulomb luidt:In een vacuüm F interactie van twee geladen lichamen is recht evenredig met het product van hun modules en omgekeerd evenredig met het kwadraat van de afstand ertussen.
Het klinkt kort, maar het is misschien niet voor iedereen duidelijk. In eenvoudige woorden:Hoe groter de lading van de lichamen en hoe dichter ze bij elkaar staan, hoe groter de kracht.
En vice versa:Als je de afstand tussen de ladingen vergroot, wordt de kracht minder.
De formule van de Coulomb-regel ziet er als volgt uit:
De aanduiding van de letters: q is de grootte van de lading, r is de afstand ertussen, k is de coëfficiënt, hangt af van het geselecteerde systeem van eenheden.
De omvang van de lading q kan voorwaardelijk positief of voorwaardelijk negatief zijn. Deze indeling is zeer willekeurig. Wanneer de lichamen elkaar raken, kan het van de ene naar de andere worden overgedragen. Hieruit volgt dat hetzelfde lichaam een lading met een andere grootte en teken kan hebben. Een puntlading is een lading of lichaam waarvan de afmetingen veel kleiner zijn dan de afstand van een mogelijke interactie.
Houd er rekening mee dat het medium waarin de ladingen zich bevinden de F-interactie beïnvloedt. Omdat het in lucht en vacuüm nagenoeg gelijk is, is de ontdekking van Coulomb alleen van toepassing op deze media, dit is een van de voorwaarden om dit type formule toe te passen. Zoals reeds vermeld, is de laadeenheid in het SI-systeem de Coulomb, afgekort Cl. Het kenmerkt de hoeveelheid elektriciteit per tijdseenheid. Het is afgeleid van de basis SI-eenheden.
1 C = 1 A * 1 s
Het is vermeldenswaard dat de dimensie van 1 C buitensporig is. Vanwege het feit dat dragers van elkaar worden afgestoten, is het moeilijk om ze in een klein lichaam te houden, hoewel de stroom in 1A klein is als deze in een geleider stroomt. Er stroomt bijvoorbeeld een stroom van 0,5 A in dezelfde gloeilamp van 100 W. en meer dan 10 A. in een elektrische verwarming. Een dergelijke kracht (1 C) is ongeveer gelijk aan de massa van 1 ton die op het lichaam inwerkt vanaf de zijkant van de aardbol.
Het is je misschien opgevallen dat de formule praktisch hetzelfde is als in de zwaartekrachtsinteractie, alleen als massa's voorkomen in de Newtoniaanse mechanica, en dan in de elektrostatica.
Coulomb-formule voor een diëlektrisch medium
De coëfficiënt rekening houdend met de waarden van het SI-systeem wordt bepaald in N2* m2/ Cl2. Het is gelijk aan:
In veel leerboeken is deze coëfficiënt te vinden in de vorm van een breuk:
Hier e0= 8,85 * 10-12 Kl2 / N * m2 - dit is de elektrische constante. Voor een diëlektricum is E de diëlektrische constante van het medium, waarna de Coulomb-wet kan worden gebruikt om de interactiekrachten van ladingen voor vacuüm en medium te berekenen.
Gezien de invloed van het diëlektricum heeft het de vorm:
Vanaf hier zien we dat de introductie van een diëlektricum tussen lichamen de kracht F vermindert.
Hoe worden krachten gestuurd
Ladingen werken met elkaar in afhankelijkheid van hun polariteit - identieke ladingen stoten elkaar af en tegengestelde (tegengestelde) trekt aan.
Dit is trouwens het belangrijkste verschil met de vergelijkbare wet van de zwaartekrachtsinteractie, waarbij lichamen altijd worden aangetrokken. De krachten zijn gericht op de lijn die ertussen is getrokken, de straalvector. In de natuurkunde, aangeduid als r12 en als een straalvector van de eerste tot de tweede lading en vice versa. De krachten worden langs deze lijn vanuit het midden van de lading naar de tegenovergestelde lading geleid, als de ladingen tegengesteld zijn, en in de tegenovergestelde richting, als ze dezelfde naam hebben (twee positieve of twee negatieve). In vectorvorm:
De kracht die vanaf de zijkant van de tweede op de eerste lading wordt uitgeoefend, wordt aangeduid als F12. Dan is de wet van Coulomb in vectorvorm als volgt:
Om de kracht te bepalen die op de tweede lading wordt uitgeoefend, wordt de notatie F21 en R21.
Als het lichaam een complexe vorm heeft en het is groot genoeg dat het op een bepaalde afstand niet als punt kan worden beschouwd, dan wordt het in kleine secties verdeeld en wordt elke sectie beschouwd als een puntlading. Na geometrische toevoeging van alle resulterende vectoren wordt de resulterende kracht verkregen. Atomen en moleculen interageren met elkaar volgens dezelfde wet.
Praktische toepassing
Het werk van Coulomb is erg belangrijk in de elektrostatica, in de praktijk wordt het gebruikt in een aantal uitvindingen en apparaten. Een opvallend voorbeeld is de bliksemafleider. Met zijn hulp worden gebouwen en elektrische installaties beschermd tegen onweer, waardoor brand en uitval van apparatuur worden voorkomen. Als het regent met een onweersbui op de aarde en een geïnduceerde lading van grote omvang verschijnt, worden ze aangetrokken door de zijkant van de wolk. Het blijkt dat er een groot elektrisch veld op het aardoppervlak verschijnt. Nabij de punt van de bliksemafleider heeft het een grote waarde, hierdoor wordt een corona-ontlading vanaf de punt (vanaf de grond, via de bliksemafleider naar de wolk) ontstoken. De lading van de aarde wordt volgens de wet van Coulomb aangetrokken door de tegengestelde lading van de wolk. Lucht wordt geïoniseerd en het elektrische veld vermindert aan het einde van de bliksemafleider. Er ontstaan dus geen ladingen op het gebouw, in welk geval de kans op een blikseminslag klein is. Komt er toch een klap op het gebouw, dan gaat alle energie door bliksembeveiliging naar de grond.
Bij serieus wetenschappelijk onderzoek wordt de grootste constructie van de 21e eeuw gebruikt: de deeltjesversneller. Daarin doet een elektrisch veld het werk om de deeltjesenergie te vergroten. Gezien deze processen vanuit het oogpunt van de impact op een puntentoeslag door een groep heffingen, blijken alle rechtsverhoudingen geldig te zijn.
Ten slotte raden we aan om een video te bekijken die een gedetailleerde uitleg geeft van de Coulomb-wet:
Handig over het onderwerp:
Bezig met laden ...
