De wet, definitie en formule van Coulomb - elektrische puntladingen en hun interactie

Tussen geladen lichamen is er een interactiekracht waardoor ze elkaar kunnen aantrekken of afstoten. De wet van Coulomb beschrijft deze kracht, toont de mate van actie, afhankelijk van de grootte en vorm van het lichaam zelf. Deze natuurwet zal in dit artikel worden besproken.

Formule van de wet van Coulomb.

Inhoud

1 Stationaire puntladingen
2 Torsiebalans van Charles Coulomb
3 Evenredigheidsfactor k en elektrische constante
4 De richting van de Coulombkracht en de vectorvorm van de formule
5 Waar de wet van Coulomb in de praktijk wordt toegepast
6 Richting van krachten in de wet van Coulomb
7 Geschiedenis van de ontdekking van de wet

Stationaire puntladingen

De wet van Coulomb is van toepassing op stationaire lichamen die veel kleiner zijn dan hun afstand tot andere objecten. Een punt elektrische lading is geconcentreerd op dergelijke lichamen. Bij het oplossen van fysieke problemen worden de afmetingen van de beschouwde lichamen verwaarloosd, omdat ze doen er niet echt toe.

In de praktijk worden puntladingen in rust als volgt weergegeven:

Punt positief geladen lading q1.

In dit geval q₁ en q₂ - dit is positief elektrische ladingen en de Coulomb-kracht werkt erop (niet weergegeven in de afbeelding). De grootte van puntkenmerken doet er niet toe.

Opmerking! Ladingen in rust bevinden zich op een bepaalde afstand van elkaar, wat bij problemen meestal wordt aangegeven met de letter r. Verderop in het artikel zullen deze beschuldigingen in een vacuüm worden beschouwd.

Torsiebalans van Charles Coulomb

Dit apparaat, ontwikkeld door Coulomb in 1777, hielp de afhankelijkheid af te leiden van de kracht die later naar hem werd genoemd. Met zijn hulp wordt de interactie van puntladingen en magnetische polen bestudeerd.

Een torsiebalans heeft een kleine zijden draad in een verticaal vlak waaraan een uitgebalanceerde hendel hangt. Puntladingen bevinden zich aan de uiteinden van de hendel.

Onder invloed van externe krachten begint de hefboom horizontaal te bewegen. De hendel zal in het vlak bewegen totdat deze in evenwicht is door de elastische kracht van de draad.

Tijdens het bewegen wijkt de hendel met een bepaalde hoek af van de verticale as. Het wordt genomen als d en wordt de rotatiehoek genoemd. Als u de waarde van deze parameter kent, is het mogelijk om het koppel van de optredende krachten te vinden.

Lees ook: Wat is elektrische stroom in eenvoudige woorden?

De torsiebalans van Charles Coulomb ziet er als volgt uit:

Torsiebalans van Charles Coulomb.

Evenredigheidsfactor k en elektrische constante $\varepsilon_0$

In de formule van de wet van Coulomb zijn er parameters k - de evenredigheidscoëfficiënt of $\varepsilon_0$ is de elektrische constante. elektrische constante $\varepsilon_0$ gepresenteerd in veel naslagwerken, studieboeken, internet, en het hoeft niet te worden geteld! Vacuüm evenredigheidsfactor gebaseerd op $\varepsilon_0$ kan worden gevonden door de bekende formule:

$k = \frac {1}{4\cdot \pi\cdot \varepsilon_0}$

Hier $\varepsilon_0=8.85\cdot 10^{-12} \frac {C^2}{H\cdot m^2}$ is de elektrische constante,

$\pi=3.14$ - Pi,

$k=9\cdot 10^{9} \frac {H\cdot m^2}{C^2}$ is de evenredigheidscoëfficiënt in vacuüm.

Extra informatie! Zonder de hierboven gepresenteerde parameters te kennen, zal het niet werken om de kracht van interactie tussen twee puntige elektrische ladingen te vinden.
Formulering en formule van de wet van Coulomb

Om het bovenstaande samen te vatten, is het noodzakelijk om de officiële formulering van de hoofdwet van de elektrostatica te geven. Het heeft de vorm:

De interactiekracht van twee puntladingen in rust in vacuüm is recht evenredig met het product van deze ladingen en omgekeerd evenredig met het kwadraat van de afstand ertussen. Bovendien moet het product van de ladingen modulo worden genomen!

$F=k\cdot \frac {|q_1|\cdot |q_2|}{r^2}$

In deze formule q₁ en q₂zijn puntladingen, beschouwd als lichamen; r² - de afstand op het vlak tussen deze lichamen, genomen in het vierkant; k is de evenredigheidscoëfficiënt ( $9\cdot 10^{9} \frac {H\cdot m^2}{C^2}$ voor vacuüm).

De richting van de Coulombkracht en de vectorvorm van de formule

Voor een volledig begrip van de formule kan de wet van Coulomb worden gevisualiseerd:

De richting van de Coulombkracht voor twee puntladingen met dezelfde polariteit.

F_1,2- de interactiekracht van de eerste lading ten opzichte van de tweede.

F_2,1- de kracht van interactie van de tweede lading ten opzichte van de eerste.

Bij het oplossen van problemen met elektrostatica moet ook rekening worden gehouden met een belangrijke regel: elektrische ladingen met dezelfde naam stoten af en tegengestelde ladingen trekken aan. De locatie van de interactiekrachten in de figuur hangt hiervan af.

Als tegengestelde ladingen worden overwogen, zullen de krachten van hun interactie naar elkaar worden gericht, wat hun aantrekkingskracht uitbeeldt.

Richting van de Coulomb-kracht voor twee puntladingen van verschillende polariteit.

De formule van de basiswet van elektrostatica in vectorvorm kan als volgt worden weergegeven:

$\vec F_1_2=\frac {1}{4\cdot \pi\cdot \varepsilon_0}\cdot \frac {q_1\cdot q_2}{r_1_2^3}\cdot \vec r_1_2$

$\vec F_1_2$ is de kracht die werkt op de puntlading q1, vanaf de kant van de lading q2,

$\vec r_1_2$ is de straalvector die de lading q2 verbindt met de lading q1,

Lees ook: Hoe maak je thuis een elektronische printplaat?

$r=|\vec r_1_2|$

Belangrijk! Nadat de formule in vectorvorm is geschreven, moeten de op elkaar inwerkende krachten van tweepunts elektrische ladingen op de as worden geprojecteerd om de tekens correct te plaatsen. Deze actie is een formaliteit en wordt vaak mentaal uitgevoerd zonder enige aantekening.

Waar de wet van Coulomb in de praktijk wordt toegepast

De basiswet van de elektrostatica is de belangrijkste ontdekking van Charles Coulomb, die op veel gebieden zijn toepassing heeft gevonden.

De werken van de beroemde natuurkundige werden gebruikt bij het uitvinden van verschillende apparaten, apparaten en apparaten. Bijvoorbeeld een bliksemafleider.

Met behulp van een bliksemafleider worden woongebouwen en gebouwen tijdens onweer beschermd tegen bliksem. Zo wordt de mate van bescherming van elektrische apparatuur verhoogd.

De bliksemafleider werkt volgens het volgende principe: tijdens een onweersbui beginnen zich geleidelijk sterke inductieladingen op te hopen op de grond, die opstijgen en worden aangetrokken door de wolken. In dit geval wordt op de grond een vrij groot elektrisch veld gevormd. In de buurt van de bliksemafleider wordt het elektrische veld sterker, waardoor een corona-elektrische lading wordt ontstoken vanaf de punt van het apparaat.

Verder begint de op de grond gevormde lading te worden aangetrokken door de lading van de wolk met het tegenovergestelde teken, zoals het zou moeten zijn volgens de wet van Charles Coulomb. Daarna gaat de lucht door het proces van ionisatie en wordt de elektrische veldsterkte minder aan het einde van de bliksemafleider. Zo is de kans dat bliksem het gebouw binnenkomt minimaal.

Opmerking! Als het gebouw waarop de bliksemafleider is geïnstalleerd wordt geraakt, zal er geen vuur zijn en gaat alle energie de grond in.

Op basis van de wet van Coulomb werd een apparaat ontwikkeld dat de "deeltjesversneller" wordt genoemd en waar tegenwoordig veel vraag naar is.

In dit apparaat wordt een sterk elektrisch veld gecreëerd, waardoor de energie van deeltjes die erin vallen toeneemt.

Richting van krachten in de wet van Coulomb

Zoals hierboven vermeld, hangt de richting van de op elkaar inwerkende krachten van tweepunts elektrische ladingen af van hun polariteit. Die. Ladingen met dezelfde naam zullen afstoten en ladingen van tegengestelde ladingen zullen aantrekken.

Lees ook: Hoe maak je een metaaldetector met je eigen handen, hulp voor beginners

Coulombkrachten kunnen ook de straalvector worden genoemd, omdat ze zijn gericht langs de lijn die ertussen wordt getrokken.

Bij sommige fysieke problemen worden lichamen met een complexe vorm gegeven, die niet kunnen worden beschouwd als een elektrische puntlading, d.w.z. negeer de grootte ervan. In deze situatie moet het beschouwde lichaam in verschillende kleine delen worden verdeeld en moet elk deel afzonderlijk worden berekend met behulp van de wet van Coulomb.

De krachtvectoren verkregen door splitsing worden samengevat volgens de regels van algebra en geometrie. Het resultaat is de resulterende kracht, die het antwoord voor dit probleem zal zijn. Deze manier van oplossen wordt vaak de driehoeksmethode genoemd.

De richting van de Coulomb-krachtvectoren.

Geschiedenis van de ontdekking van de wet

De interactie van twee puntladingen door de hierboven besproken wet werd voor het eerst bewezen in 1785 door Charles Coulomb. De natuurkundige slaagde erin om de juistheid van de geformuleerde wet te bewijzen met behulp van torsiebalansen, waarvan het werkingsprincipe ook in het artikel werd gepresenteerd.

Coulomb bewees ook dat er geen elektrische lading is in een bolvormige condensator. Dus kwam hij tot de stelling dat de grootte van elektrostatische krachten kan worden veranderd door de afstand tussen de beschouwde lichamen te veranderen.

De wet van Coulomb is dus nog steeds de belangrijkste wet van de elektrostatica, op basis waarvan veel van de grootste ontdekkingen zijn gedaan. In het kader van dit artikel werd de officiële tekst van de wet gepresenteerd, evenals de samenstellende delen ervan.

Vergelijkbare artikelen: