Lei de Coulomb em palavras simples
História da descoberta
Sh.O. O pingente em 1785, pela primeira vez, provou experimentalmente as interações descritas por lei. Em suas experiências, ele usou balanças de torção especiais. No entanto, em 1773, foi provado por Cavendish, usando o exemplo de um capacitor esférico, que não há campo elétrico dentro da esfera. Isso sugere que as forças eletrostáticas variam com a distância entre os corpos. Para ser mais preciso, a distância ao quadrado. Então seus estudos não foram publicados. Historicamente, essa descoberta recebeu o nome de Coulomb e a quantidade em que a carga é medida tem um nome semelhante.
Redação
A definição da lei de Coulomb afirma:No vácuo A interação F de dois corpos carregados é diretamente proporcional ao produto de seus módulos e inversamente proporcional ao quadrado da distância entre eles.
Parece curto, mas pode não estar claro para todos. Em palavras simples:Quanto maior a carga dos corpos e quanto mais próximos eles estiverem, maior será a força.
E vice versa:Se você aumentar a distância entre as cargas - a força se tornará menor.
A fórmula da regra de Coulomb é assim:
A designação das letras: q é a magnitude da carga, r é a distância entre elas, k é o coeficiente, depende do sistema de unidades selecionado.
A magnitude da carga q pode ser condicionalmente positiva ou condicionalmente negativa. Esta divisão é muito arbitrária. Quando os corpos se tocam, podem ser transmitidos de um para outro. Daqui resulta que o mesmo corpo pode ter uma carga de magnitude e sinal diferentes. Uma carga pontual é uma carga ou corpo cujas dimensões são muito menores que a distância de uma possível interação.
Deve-se ter em mente que o meio em que as cargas estão localizadas afeta a interação F. Como é quase igual no ar e no vácuo, a descoberta de Coulomb é aplicável apenas a esses meios, essa é uma das condições para a aplicação desse tipo de fórmula. Como já mencionado, no sistema SI a unidade de carga é a Coulomb, abreviada Cl. Caracteriza a quantidade de eletricidade por unidade de tempo. É derivado das unidades básicas do SI.
1 C = 1 A * 1 s
Vale ressaltar que a dimensão de 1 C é excessiva. Devido ao fato de os transportadores serem repelidos um do outro, é difícil mantê-los em um corpo pequeno, embora a corrente em 1A seja pequena, se fluir em um condutor. Por exemplo, uma corrente de 0,5 A flui na mesma lâmpada incandescente de 100 W. e mais de 10 A. em um aquecedor elétrico. Essa força (1 C) é aproximadamente igual à massa de 1 tonelada que atua no corpo do lado do globo.
Você deve ter notado que a fórmula é praticamente a mesma da interação gravitacional, somente se as massas aparecerem na mecânica newtoniana e, em seguida, carregar na eletrostática.
Fórmula de Coulomb para um meio dielétrico
O coeficiente que leva em consideração os valores do sistema SI é determinado em N2* m2/ Cl2. É igual a:
Em muitos livros, esse coeficiente pode ser encontrado na forma de uma fração:
Aqui e0= 8,85 * 10-12 Kl2 / N * m2 - esta é a constante elétrica. Para um dielétrico, E é a constante dielétrica do meio, então a lei de Coulomb pode ser usada para calcular as forças de interação de cargas para vácuo e meio.
Dada a influência do dielétrico, ele tem a forma:
A partir daqui, vemos que a introdução de um dielétrico entre corpos reduz a força F.
Como as forças são dirigidas
As cargas interagem umas com as outras, dependendo de sua polaridade - cargas idênticas se repelem, e o oposto (oposto) atrai.
A propósito, essa é a principal diferença da lei similar da interação gravitacional, onde os corpos são sempre atraídos. As forças são direcionadas ao longo da linha traçada entre elas, chamada vetor de raio. Em física, denotado como r12 e como um vetor de raio da primeira para a segunda carga e vice-versa. As forças são direcionadas do centro da carga para a carga oposta ao longo desta linha, se as cargas forem opostas e na direção oposta, se tiverem o mesmo nome (duas positivas ou duas negativas). Em forma de vetor:
A força aplicada à primeira carga do lado da segunda é denominada F12. Então, na forma de vetor, a lei de Coulomb é a seguinte:
Para determinar a força aplicada à segunda carga, a notação F21 e R21.
Se o corpo tiver uma forma complexa e for grande o suficiente para que a uma determinada distância não possa ser considerado um ponto, ele será dividido em seções pequenas e cada seção será considerada uma carga pontual. Após a adição geométrica de todos os vetores resultantes, a força resultante é obtida. Átomos e moléculas interagem entre si de acordo com a mesma lei.
Aplicação prática
O trabalho de Coulomb é muito importante em eletrostática; na prática, é usado em várias invenções e dispositivos. Um exemplo impressionante é o pára-raios. Com sua ajuda, edifícios e instalações elétricas são protegidos contra tempestades, evitando assim incêndios e falhas no equipamento. Quando chove com uma tempestade na terra, uma carga induzida de grande magnitude aparece, eles são atraídos para o lado da nuvem. Acontece que um grande campo elétrico aparece na superfície da terra. Perto da ponta do pára-raios, ele tem um grande valor, como resultado disso, uma descarga de coroa é acionada a partir da ponta (do solo, através do pára-raios para a nuvem). A carga da terra é atraída pela carga oposta da nuvem, de acordo com a lei de Coulomb. O ar é ionizado e o campo elétrico diminui próximo ao final do pára-raios. Assim, as cargas não se acumulam no edifício; nesse caso, a probabilidade de um raio é pequena. Se ocorrer um golpe no edifício, então, através da proteção contra raios, toda a energia irá para o chão.
Em pesquisas científicas sérias, a maior construção do século 21 é usada - o acelerador de partículas. Nele, um campo elétrico faz o trabalho de aumentar a energia das partículas. Considerando esses processos do ponto de vista do impacto em uma carga pontual por um grupo de cargas, todas as relações da lei acabam sendo justas.
Por fim, recomendamos assistir a um vídeo que forneça uma explicação detalhada da Lei Coulomb:
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