Batas ng Coulomb ay isang batas na naglalarawan sa mga puwersa ng interaksyon sa pagitan ng mga singil sa kuryente.
Ang modulus ng puwersa ng pakikipag-ugnayan sa pagitan ng dalawang puntong singil sa isang vacuum ay direktang proporsyonal sa produkto ng moduli ng mga singil na ito at inversely proporsyonal sa parisukat ng distansya sa pagitan nila.
Kung hindi: Dalawang punto ang pagsingil sa vacuum kumilos sa isa't isa gamit ang mga puwersa na proporsyonal sa produkto ng moduli ng mga singil na ito, inversely proportional sa parisukat ng distansya sa pagitan nila at nakadirekta sa tuwid na linya na nagkokonekta sa mga singil na ito. Ang mga puwersang ito ay tinatawag na electrostatic (Coulomb).
Mahalagang tandaan na upang maging totoo ang batas, kinakailangan:
tulad ng mga singil sa punto - iyon ay, ang distansya sa pagitan ng mga naka-charge na katawan ay mas malaki kaysa sa kanilang mga sukat - gayunpaman, mapapatunayan na ang puwersa ng pakikipag-ugnayan ng dalawang volumetrically distributed charges na may spherically symmetrical non-intersecting spatial distributions ay katumbas ng puwersa ng pakikipag-ugnayan ng dalawang katumbas na singil sa punto na matatagpuan sa mga sentro ng spherical symmetry;
kanilang kawalang-kilos. Kung hindi, magkakabisa ang mga karagdagang epekto: isang magnetic field gumagalaw na singil at ang kaukulang karagdagang Lorentz force, kumikilos sa isa pang gumagalaw na singil;
pakikipag-ugnayan sa vacuum.
Gayunpaman, sa ilang mga pagsasaayos, ang batas ay may bisa din para sa mga pakikipag-ugnayan ng mga singil sa isang medium at para sa paglipat ng mga singil.
Sa anyo ng vector sa pagbabalangkas ng C. Coulomb, ang batas ay nakasulat bilang mga sumusunod:
nasaan ang puwersa kung saan kumikilos ang charge 1 sa charge 2; - magnitude ng mga singil; - radius vector (vector na nakadirekta mula sa charge 1 hanggang charge 2, at katumbas, sa ganap na halaga, sa distansya sa pagitan ng mga charge - ); - koepisyent ng proporsyonalidad. Kaya, ang batas ay nagpapahiwatig na ang mga katulad na singil ay nagtataboy (at hindi katulad ng mga singil ay umaakit).
SA SSSE yunit Ang singil ay pinili sa paraang ang koepisyent k katumbas ng isa.
SA International System of Units (SI) isa sa mga pangunahing yunit ay ang yunit lakas ng kuryente ampere, at ang yunit ng singil ay palawit- isang hinango nito. Ang halaga ng ampere ay tinukoy sa paraang iyon k= c 2 10 −7 Gn/m = 8.9875517873681764 10 9 N m 2 / Cl 2 (o Ф −1 m). SI koepisyent k ay nakasulat bilang:
kung saan ≈ 8.854187817·10 −12 F/m - de-koryenteng pare-pareho.
Mga publikasyon batay sa mga materyales ni D. Giancoli. "Physics sa dalawang volume" 1984 Volume 2.
Mayroong puwersa sa pagitan ng mga singil sa kuryente. Paano ito nakadepende sa laki ng mga singil at iba pang mga kadahilanan?
Ang tanong na ito ay ginalugad noong 1780s ng French physicist na si Charles Coulomb (1736-1806). Gumamit siya ng mga balanse ng pamamaluktot na halos kapareho sa ginamit ni Cavendish upang matukoy ang pare-parehong gravitational.
Kung ang isang singil ay inilapat sa isang bola sa dulo ng isang baras na nasuspinde sa isang sinulid, ang baras ay bahagyang pinalihis, ang sinulid ay umiikot, at ang anggulo ng pag-ikot ng sinulid ay magiging proporsyonal sa puwersa na kumikilos sa pagitan ng mga singil (balanse ng torsion ). Gamit ang aparatong ito, tinukoy ng Coulomb ang pagtitiwala ng puwersa sa laki ng mga singil at ang distansya sa pagitan ng mga ito.
Sa oras na iyon, walang mga instrumento upang tumpak na matukoy ang halaga ng singil, ngunit nagawa ni Coulomb na maghanda ng maliliit na bola na may kilalang ratio ng singil. Kung ang isang sinisingil na conducting ball, katwiran niya, ay dinala sa eksaktong kaparehong hindi naka-charge na bola, kung gayon ang singil na nasa unang bola, dahil sa simetriya, ay ipapamahagi nang pantay sa pagitan ng dalawang bola.
Nagbigay ito sa kanya ng kakayahang makatanggap ng mga singil na 1/2, 1/4, atbp. mula sa orihinal.
Sa kabila ng ilang mga paghihirap na nauugnay sa induction ng mga singil, nagawang patunayan ng Coulomb na ang puwersa kung saan kumikilos ang isang sisingilin na katawan sa isa pang maliit na sisingilin na katawan ay direktang proporsyonal sa singil ng kuryente ng bawat isa sa kanila.
Sa madaling salita, kung ang singil ng alinman sa mga katawan na ito ay nadoble, ang puwersa ay madodoble din; kung ang mga singil ng parehong katawan ay nadoble sa parehong oras, ang puwersa ay magiging apat na beses na mas malaki. Totoo ito sa kondisyon na ang distansya sa pagitan ng mga katawan ay nananatiling pare-pareho.
Sa pamamagitan ng pagbabago ng distansya sa pagitan ng mga katawan, natuklasan ni Coulomb na ang puwersa na kumikilos sa pagitan ng mga ito ay inversely proportional sa square ng distansya: kung ang distansya, sabihin nating, doble, ang puwersa ay nagiging apat na beses na mas mababa.
Kaya, napagpasyahan ni Coulomb, ang puwersa kung saan kumikilos ang isang maliit na sisingilin na katawan (ideal na isang point charge, i.e. isang katawan tulad ng isang materyal na punto na walang spatial na sukat) sa isa pang naka-charge na katawan ay proporsyonal sa produkto ng kanilang mga singil Q 1 at Q 2 at inversely proportional sa parisukat ng distansya sa pagitan nila:
Dito k- koepisyent ng proporsyonalidad.
Ang relasyong ito ay kilala bilang batas ni Coulomb; ang bisa nito ay nakumpirma sa pamamagitan ng maingat na mga eksperimento, na mas tumpak kaysa sa orihinal ng Coulomb, mahirap kopyahin ang mga eksperimento. Ang exponent 2 ay kasalukuyang itinatag na may katumpakan ng 10 -16, i.e. ito ay katumbas ng 2 ± 2×10 -16.
Dahil nakikitungo tayo ngayon sa isang bagong dami - electric charge, maaari tayong pumili ng isang yunit ng pagsukat upang ang pare-parehong k sa formula ay katumbas ng isa. Sa katunayan, ang gayong sistema ng mga yunit ay malawakang ginagamit sa pisika hanggang kamakailan lamang.
Pinag-uusapan natin ang tungkol sa CGS system (centimeter-gram-second), na gumagamit ng electrostatic charge unit na SGSE. Sa pamamagitan ng kahulugan, dalawang maliliit na katawan, bawat isa ay may singil na 1 SGSE, na matatagpuan sa layo na 1 cm mula sa isa't isa, ay nakikipag-ugnayan sa puwersa ng 1 dyne.
Ngayon, gayunpaman, ang singil ay madalas na ipinahayag sa sistema ng SI, kung saan ang yunit nito ay ang coulomb (C).
Ibibigay namin ang eksaktong kahulugan ng isang coulomb sa mga tuntunin ng electric current at magnetic field mamaya.
Sa sistema ng SI ang pare-pareho k may magnitude k= 8.988×10 9 Nm 2 / Cl 2.
Ang mga singil na nanggagaling sa panahon ng electrification sa pamamagitan ng friction ng mga ordinaryong bagay (combs, plastic rulers, atbp.) ay nasa order ng magnitude isang microcoulomb o mas mababa (1 µC = 10 -6 C).
Ang electron charge (negatibo) ay humigit-kumulang 1.602×10 -19 C. Ito ang pinakamaliit na kilalang singil; ito ay may pangunahing kahulugan at kinakatawan ng simbolo e, madalas itong tinatawag na elementary charge.
e= (1.6021892 ± 0.0000046)×10 -19 C, o e≈ 1.602×10 -19 Cl.
Dahil ang isang katawan ay hindi maaaring makakuha o mawala ang isang bahagi ng isang electron, ang kabuuang singil ng katawan ay dapat na isang integer multiple ng elementarya na singil. Sinasabi nila na ang singil ay quantize (iyon ay, maaari itong tumagal lamang ng mga discrete value). Gayunpaman, dahil ang singil ng elektron e ay napakaliit, kadalasan ay hindi natin napapansin ang discreteness ng macroscopic charges (ang singil na 1 µC ay tumutugma sa humigit-kumulang 10 13 electron) at itinuturing na tuluy-tuloy ang singil.
Ang pormula ng Coulomb ay nagpapakilala sa puwersa kung saan kumikilos ang isang singil sa isa pa. Ang puwersang ito ay nakadirekta sa linya na nagkokonekta sa mga singil. Kung ang mga palatandaan ng mga singil ay pareho, kung gayon ang mga puwersa na kumikilos sa mga singil ay nakadirekta sa magkasalungat na direksyon. Kung ang mga palatandaan ng mga singil ay iba, kung gayon ang mga puwersa na kumikilos sa mga singil ay nakadirekta sa isa't isa.
Tandaan na, alinsunod sa ikatlong batas ni Newton, ang puwersa kung saan kumikilos ang isang singil sa isa pa ay katumbas ng magnitude at kabaligtaran ng direksyon sa puwersa kung saan kumikilos ang pangalawang singil sa una.
Ang batas ng Coulomb ay maaaring isulat sa anyong vector, katulad ng batas ng unibersal na grabitasyon ni Newton:
saan F 12 - vector ng puwersa na kumikilos sa singil Q 1 charge side Q 2,
- distansya sa pagitan ng mga singil,
- unit vector na nakadirekta mula sa Q 2 k Q 1.
Dapat tandaan na ang formula ay nalalapat lamang sa mga katawan na ang distansya sa pagitan ay mas malaki kaysa sa kanilang sariling mga sukat. Sa isip, ito ay mga singil sa punto. Para sa mga katawan na may hangganan ang laki, hindi palaging malinaw kung paano kalkulahin ang distansya r sa pagitan nila, lalo na't maaaring hindi pare-pareho ang pamamahagi ng singil. Kung ang parehong katawan ay mga sphere na may pare-parehong pamamahagi ng singil, kung gayon r nangangahulugang ang distansya sa pagitan ng mga sentro ng mga sphere. Mahalaga rin na maunawaan na tinutukoy ng formula ang puwersang kumikilos sa isang singil mula sa isang singil. Kung ang sistema ay may kasamang ilang (o maraming) mga katawan na sinisingil, kung gayon ang magreresultang puwersa na kumikilos sa isang ibinigay na singil ay ang magiging resulta (vector sum) ng mga puwersang kumikilos sa bahagi ng mga natitirang singil. Ang pare-parehong k sa pormula ng Batas ng Coulomb ay karaniwang ipinahayag sa mga tuntunin ng isa pang pare-pareho, ε 0
, ang tinatawag na electrical constant, na nauugnay sa k ratio k = 1/(4πε 0). Isinasaalang-alang ito, ang batas ng Coulomb ay maaaring muling isulat tulad ng sumusunod:
kung saan may pinakamataas na katumpakan ngayon
o bilugan
Ang pagsulat ng karamihan sa iba pang mga equation ng electromagnetic theory ay pinasimple sa pamamagitan ng paggamit ε 0 , dahil ang 4π ang huling resulta ay madalas na pinaikli. Samakatuwid, karaniwang gagamitin natin ang Batas ng Coulomb, sa pag-aakalang:
Inilalarawan ng batas ng Coulomb ang puwersang kumikilos sa pagitan ng dalawang singil sa pamamahinga. Kapag gumagalaw ang mga singil, ang mga karagdagang puwersa ay nalikha sa pagitan nila, na tatalakayin natin sa mga susunod na kabanata. Dito lamang ang mga singil sa pahinga ay isinasaalang-alang; Ang bahaging ito ng pag-aaral ng kuryente ay tinatawag electrostatics.
Itutuloy. Maikling tungkol sa sumusunod na publikasyon:
Ang electric field ay isa sa dalawang bahagi ng electromagnetic field, na isang vector field na umiiral sa paligid ng mga katawan o mga particle na may electric charge, o na lumabas kapag nagbabago ang magnetic field.
Ang mga komento at mungkahi ay tinatanggap at malugod na tinatanggap!
Konsepto ng kuryente. Elektripikasyon. Mga konduktor, semiconductor at dielectrics. Ang bayad sa elementarya at mga katangian nito. Batas ng Coulomb. Lakas ng electric field. Prinsipyo ng superposisyon. Electric field bilang mga manifestations ng pakikipag-ugnayan. Electric field ng isang elementary dipole.
Ang terminong kuryente ay nagmula sa salitang Griyego na electron (amber).
Ang electrification ay ang proseso ng pagpapadala ng elektrikal na enerhiya sa katawan.
singilin. Ang terminong ito ay ipinakilala noong ika-16 na siglo ng Ingles na siyentipiko at manggagamot na si Gilbert.
ANG ELECTRIC CHARGE AY ISANG PISIKAL NA SCALAR NA DAMI NA NAGPAKITA NG MGA KATANGIAN NG MGA KATAWAN O PARTIKULO UPANG PUMASOK AT MGA ELECTROMAGNETIC INTERACTIONS, AT TINUTUKOY ANG LAKAS AT ENERHIYA NG MGA INTERAKSYONG ITO.
Mga katangian ng mga singil sa kuryente:
1. Sa kalikasan, mayroong dalawang uri ng mga singil sa kuryente. Positibo (nagaganap sa salamin na kinuskos laban sa katad) at negatibo (nangyayari sa ebonite na kinuskos laban sa balahibo).
2. Tulad ng mga singil ay nagtataboy, hindi katulad ng mga singil na umaakit.
3. WALA NG singil sa kuryente nang walang singil na CARRIER PARTIKLES (electron, proton, positron, atbp.) Halimbawa, ang isang electric charge ay hindi maaaring alisin mula sa isang electron at iba pang elementarya na may charge na particle.
4. Ang electric charge ay discrete, i.e. ang singil ng anumang katawan ay isang integer multiple ng elementarya na singil ng kuryente e(e = 1.6 10 -19 C). Electron (i.e.= 9,11 10 -31 kg) at proton (t p = 1.67 10 -27 kg) ay ayon sa pagkakabanggit ay mga carrier ng elementarya na negatibo at positibong singil. (Ang mga particle na may fractional electric charge ay kilala: – 1/3 e at 2/3 e – Ito quark at antiquark , ngunit hindi sila natagpuan sa isang malayang estado).
5. Electric charge - magnitude relativistically invariant , mga. ay hindi nakadepende sa reference frame, na nangangahulugang hindi ito nakadepende sa kung gumagalaw o nakapahinga ang charge na ito.
6. Mula sa isang paglalahat ng pang-eksperimentong data, ito ay itinatag pangunahing batas ng kalikasan - batas sa pag-iingat ng bayad: algebraic sum-
MA ng mga singil sa kuryente ng anumang saradong sistema(isang sistema na hindi nakikipagpalitan ng singil sa mga panlabas na katawan) nananatiling hindi nagbabago anuman ang mga prosesong nagaganap sa loob ng sistemang ito.
Ang batas ay eksperimento na nakumpirma noong 1843 ng isang English physicist
M. Faraday ( 1791-1867) at iba pa, na kinumpirma ng pagsilang at pagpuksa ng mga particle at antiparticle.
Yunit ng electric charge (nagmula na yunit, dahil ito ay tinutukoy sa pamamagitan ng yunit ng kasalukuyang) - palawit (C): 1 C - singil ng kuryente,
dumadaan sa cross section ng isang konduktor sa kasalukuyang lakas na 1 A para sa isang oras na 1 s.
Ang lahat ng mga katawan sa kalikasan ay may kakayahang maging nakuryente, i.e. kumuha ng electric charge. Ang electrification ng mga katawan ay maaaring isagawa sa iba't ibang paraan: contact (friction), electrostatic induction
atbp. Anumang proseso ng pagsingil ay bumaba sa paghihiwalay ng mga singil, kung saan ang labis na positibong singil ay lumalabas sa isa sa mga katawan (o bahagi ng katawan), at isang labis na negatibong singil ay lumalabas sa kabilang bahagi (o iba pang bahagi ng katawan). Ang kabuuang bilang ng mga singil ng parehong mga palatandaan na nakapaloob sa mga katawan ay hindi nagbabago: ang mga singil na ito ay muling ipinamamahagi sa pagitan ng mga katawan.
Posible ang electrification ng mga katawan dahil ang mga katawan ay binubuo ng mga sisingilin na particle. Sa proseso ng electrification ng mga katawan, ang mga electron at ions na nasa isang libreng estado ay maaaring lumipat. Ang mga proton ay nananatili sa nuclei.
Depende sa konsentrasyon ng mga libreng singil, ang mga katawan ay nahahati sa konduktor, dielectric at semiconductor.
Mga konduktor- mga katawan kung saan maaaring maghalo ang isang electric charge sa buong volume nito. Ang mga konduktor ay nahahati sa dalawang pangkat:
1) konduktor ng unang uri (mga metal) - ilipat sa
ang kanilang mga singil (mga libreng electron) ay hindi sinamahan ng kemikal
pagbabagong-anyo;
2) konduktor ng pangalawang uri (halimbawa, mga tinunaw na asin, ra-
mga solusyon ng mga acid) - paglipat ng mga singil (positibo at negatibo) sa kanila
ions) ay humahantong sa mga pagbabago sa kemikal.
Mga dielectric(halimbawa, salamin, plastik) - mga katawan kung saan halos walang libreng singil.
Semiconductor (halimbawa, germanium, silicon) occupy
intermediate na posisyon sa pagitan ng mga conductor at dielectrics. Ang dibisyon ng mga katawan na ito ay napaka-kondisyon, gayunpaman, ang malaking pagkakaiba sa mga konsentrasyon ng mga libreng singil sa kanila ay nagdudulot ng malaking pagkakaiba-iba ng husay sa kanilang pag-uugali at samakatuwid ay nagbibigay-katwiran sa paghahati ng mga katawan sa mga conductor, dielectrics at semiconductors.
ELECTROSTATICS- agham ng mga nakatigil na singil
Batas ng Coulomb.
Batas ng pakikipag-ugnayan nakapirming punto mga singil sa kuryente
Eksperimental na na-install noong 1785 ni Sh. Coulomb gamit ang mga balanse ng torsion.
katulad ng mga ginamit ni G. Cavendish upang matukoy ang gravitational constant (dati ang batas na ito ay natuklasan ni G. Cavendish, ngunit ang kanyang trabaho ay nanatiling hindi kilala sa loob ng higit sa 100 taon).
Point charge, tinatawag na isang sisingilin na katawan o particle, ang mga sukat nito ay maaaring mapabayaan kung ihahambing sa distansya sa kanila.
Batas ng Coulomb: ang puwersa ng pakikipag-ugnayan sa pagitan ng dalawang nakatigil na singil sa punto na matatagpuan sa isang vacuum proporsyonal sa mga singil q 1 At q2, at inversely proportional sa parisukat ng distansya r sa pagitan nila :
k - proportionality factor depende sa pagpili ng system
Sa SI 
Magnitude ε 0 tinawag de-koryenteng pare-pareho; ito ay tumutukoy sa
numero pangunahing mga pisikal na pare-pareho at katumbas ng:
ε 0 = 8.85 ∙10 -12 Cl 2 /N∙m 2
Sa anyo ng vector, ang batas ng Coulomb sa vacuum ay may anyo:
kung saan ang radius vector na nagkokonekta sa pangalawang singil sa una, ang F 12 ay ang puwersang kumikilos mula sa pangalawang singil sa una.
Katumpakan ng batas ng Coulomb sa malalayong distansya, hanggang sa
10 7 m, na itinatag sa panahon ng pag-aaral ng magnetic field gamit ang mga satellite
sa malapit-Earth space. Ang katumpakan ng pagpapatupad nito sa maikling distansya, hanggang sa 10 -17 m, na-verify ng mga eksperimento sa pakikipag-ugnayan ng mga elementarya na particle.
Batas ng Coulomb sa kapaligiran
Sa lahat ng media, ang puwersa ng pakikipag-ugnayan ng Coulomb ay mas mababa kaysa sa puwersa ng pakikipag-ugnayan sa vacuum o hangin. Ang pisikal na dami na nagpapakita kung gaano karaming beses ang puwersa ng electrostatic na interaksyon sa isang vacuum ay mas malaki kaysa sa isang partikular na medium ay tinatawag na dielectric constant ng medium at tinutukoy ng titik ε.
ε = F sa vacuum / F sa medium
Ang batas ng Coulomb sa pangkalahatang anyo sa SI:
Mga katangian ng mga puwersa ng Coulomb.
1. Ang mga puwersa ng Coulomb ay mga puwersa ng gitnang uri, dahil nakadirekta sa tuwid na linya na nagdudugtong sa mga singil
Ang puwersa ng Coulomb ay isang kaakit-akit na puwersa kung ang mga palatandaan ng mga singil ay naiiba at isang salungat na puwersa kung ang mga palatandaan ng mga singil ay pareho.
3. Ang ikatlong batas ni Newton ay may bisa para sa mga puwersa ng Coulomb
4. Ang mga puwersa ng Coulomb ay sumusunod sa prinsipyo ng kalayaan o superposisyon, dahil ang puwersa ng pakikipag-ugnayan sa pagitan ng dalawang puntong pagsingil ay hindi magbabago kapag lumitaw ang ibang mga pagsingil sa malapit. Ang nagresultang puwersa ng pakikipag-ugnayan ng electrostatic na kumikilos sa isang ibinigay na singil ay katumbas ng kabuuan ng vector ng mga puwersa ng pakikipag-ugnayan ng isang ibinigay na singil sa bawat singil ng system nang hiwalay.
F= F 12 +F 13 +F 14 + ∙∙∙ +F 1 N
Ang mga pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga singil ay isinasagawa sa pamamagitan ng isang electric field. Ang electric field ay isang espesyal na anyo ng pagkakaroon ng matter kung saan nangyayari ang interaksyon ng mga electric charge. Ang electric field ay nagpapakita ng sarili sa na ito ay kumikilos nang may puwersa sa anumang iba pang singil na ipinakilala sa larangang ito. Ang isang electrostatic field ay nalilikha ng mga nakatigil na singil sa kuryente at nagpapalaganap sa kalawakan na may hangganang bilis c.
Ang katangian ng lakas ng electric field ay tinatawag na pag-igting.
Mga tensyon Ang electric sa isang tiyak na punto ay isang pisikal na dami na katumbas ng ratio ng puwersa kung saan kumikilos ang field sa isang positibong test charge na inilagay sa isang partikular na punto sa modulus ng charge na ito.
Lakas ng field ng isang point charge q:
Prinsipyo ng superposisyon: ang lakas ng electric field na nilikha ng isang sistema ng mga singil sa isang partikular na punto sa espasyo ay katumbas ng vector sum ng mga lakas ng electric field na nilikha sa puntong ito ng bawat singil nang hiwalay (sa kawalan ng iba pang mga singil).
Batas ng Coulomb- ito ang batayan ng electrostatics, ang kaalaman sa pagbabalangkas at pangunahing pormula na naglalarawan sa batas na ito ay kinakailangan din para sa pag-aaral ng seksyong "Elektrisidad at Magnetismo".
Batas ng Coulomb
Ang batas na naglalarawan sa mga puwersa ng pakikipag-ugnayan ng kuryente sa pagitan ng mga singil ay natuklasan noong 1785 Charles Palawit, na nagsagawa ng maraming eksperimento sa mga bolang metal. Ang isa sa mga modernong pormulasyon ng batas ni Coulomb ay ang mga sumusunod:
"Ang puwersa ng pakikipag-ugnayan sa pagitan ng dalawang puntong mga singil sa kuryente ay nakadirekta sa tuwid na linya na nagkokonekta sa mga singil na ito, ay proporsyonal sa produkto ng kanilang mga magnitude at inversely proporsyonal sa parisukat ng distansya sa pagitan nila. Kung ang mga singil ay magkaibang mga palatandaan, kung gayon ang mga ito ay umaakit, at kung sila ay nasa parehong tanda, sila ay nagtataboy."
Isang pormula na naglalarawan sa batas na ito:
*Ang pangalawang salik (kung saan naroroon ang radius vector) ay kailangan lamang upang matukoy ang direksyon ng puwersa.
F 12 – puwersa na kumikilos sa ika-2 singil mula sa una;
q 1 at q 2 - mga halaga ng singil;
r 12 - distansya sa pagitan ng mga singil;
k– koepisyent ng proporsyonalidad:
ε Ang 0 ay ang electrical constant, minsan tinatawag na dielectric constant ng vacuum. Tinatayang katumbas ng 8.85·10 -12 F/m o Cl 2 /(H m 2).
ε – dielectric constant ng medium (para sa vacuum ay katumbas ng 1).
Corollaries mula sa batas ni Coulomb
- Mayroong dalawang uri ng mga singil - positibo at negatibo
- tulad ng mga singil ay nagtataboy, at iba't ibang mga singil ay umaakit
- ang mga singil ay maaaring ilipat mula sa isa't isa, dahil ang singil ay hindi pare-pareho at hindi nagbabagong dami. Maaaring mag-iba ito depende sa mga kondisyon (kapaligiran) kung saan matatagpuan ang singil
- upang maging totoo ang batas, kinakailangang isaalang-alang ang pag-uugali ng mga singil sa isang vacuum at ang kanilang kawalang-kilos
Isang visual na representasyon ng batas ng Coulomb.
Sa electrostatics, ang isa sa mga pangunahing ay ang batas ng Coulomb. Ginagamit ito sa pisika upang matukoy ang puwersa ng pakikipag-ugnayan sa pagitan ng dalawang nakatigil na singil sa punto o ang distansya sa pagitan ng mga ito. Ito ay isang pangunahing batas ng kalikasan na hindi nakasalalay sa anumang iba pang mga batas. Kung gayon ang hugis ng totoong katawan ay hindi nakakaapekto sa laki ng mga puwersa. Sa artikulong ito ay ipapaliwanag namin sa mga simpleng termino ang batas ng Coulomb at ang aplikasyon nito sa pagsasanay.
Kasaysayan ng pagtuklas
Sh.O. Si Coulomb noong 1785 ang unang nagpatunay sa eksperimentong mga pakikipag-ugnayan na inilarawan ng batas. Sa kanyang mga eksperimento gumamit siya ng mga espesyal na balanse ng pamamaluktot. Gayunpaman, noong 1773, pinatunayan ni Cavendish, gamit ang halimbawa ng isang spherical capacitor, na walang electric field sa loob ng globo. Ipinapahiwatig nito na ang mga puwersa ng electrostatic ay nag-iiba depende sa distansya sa pagitan ng mga katawan. Upang maging mas tumpak - ang parisukat ng distansya. Ang kanyang pananaliksik ay hindi nai-publish noon. Sa kasaysayan, ang pagtuklas na ito ay ipinangalan sa Coulomb, at ang dami kung saan sinusukat ang singil ay may katulad na pangalan.
Pagbubuo
Ang kahulugan ng batas ng Coulomb ay nagsasaad: Sa isang vacuumAng pakikipag-ugnayan ng F ng dalawang sinisingil na katawan ay direktang proporsyonal sa produkto ng kanilang moduli at inversely proporsyonal sa parisukat ng distansya sa pagitan nila.
Maikli lang ito, ngunit maaaring hindi malinaw sa lahat. Sa simpleng salita: Kung mas maraming singil ang mga katawan at mas malapit sila sa isa't isa, mas malaki ang puwersa.
At kabaliktaran: Kung tataasan mo ang distansya sa pagitan ng mga singil, bababa ang puwersa.
Ang formula para sa panuntunan ng Coulomb ay ganito:
Pagtatalaga ng mga titik: q - halaga ng singil, r - distansya sa pagitan nila, k - koepisyent, depende sa napiling sistema ng mga yunit.
Ang halaga ng singil q ay maaaring may kondisyong positibo o may kundisyong negatibo. Napaka-arbitrary ng dibisyong ito. Kapag nagkadikit ang mga katawan, maaari itong mailipat mula sa isa't isa. Ito ay sumusunod mula dito na ang parehong katawan ay maaaring magkaroon ng singil ng iba't ibang magnitude at sign. Ang point charge ay isang charge o body na ang mga sukat ay mas maliit kaysa sa distansya ng posibleng pakikipag-ugnayan.
Ito ay nagkakahalaga ng pagsasaalang-alang na ang kapaligiran kung saan matatagpuan ang mga singil ay nakakaapekto sa pakikipag-ugnayan ng F. Dahil halos pantay ito sa hangin at vacuum, ang pagtuklas ng Coulomb ay naaangkop lamang sa mga media na ito; ito ay isa sa mga kondisyon para sa paggamit ng ganitong uri ng formula. Tulad ng nabanggit na, sa sistema ng SI ang yunit ng pagsukat ng singil ay Coulomb, dinaglat na Cl. Tinutukoy nito ang dami ng kuryente sa bawat yunit ng oras. Ito ay nagmula sa mga yunit ng base ng SI.
1 C = 1 A*1 s
Ito ay nagkakahalaga ng noting na ang dimensyon ng 1 C ay kalabisan. Dahil sa katotohanan na ang mga carrier ay nagtataboy sa isa't isa, mahirap na ilagay ang mga ito sa isang maliit na katawan, bagaman ang 1A kasalukuyang mismo ay maliit kung ito ay dumadaloy sa isang konduktor. Halimbawa, sa parehong 100 W incandescent lamp ay dumadaloy ang kasalukuyang 0.5 A, at sa isang electric heater ito ay dumadaloy ng higit sa 10 A. Ang nasabing puwersa (1 C) ay humigit-kumulang katumbas ng 1 toneladang masa na kumikilos sa isang katawan mula sa gilid ng globo.
Maaaring napansin mo na ang formula ay halos kapareho ng sa gravitational interaction, kung ang mga masa ay lilitaw sa Newtonian mechanics, pagkatapos ay lilitaw ang mga singil sa electrostatics.
Coulomb formula para sa isang dielectric medium
Ang koepisyent, na isinasaalang-alang ang mga halaga ng sistema ng SI, ay tinutukoy sa N 2 * m 2 / Cl 2. Ito ay katumbas ng:
Sa maraming mga aklat-aralin, ang koepisyent na ito ay matatagpuan sa anyo ng isang fraction:
Narito ang E 0 = 8.85*10-12 C2/N*m2 ay ang electrical constant. Para sa isang dielectric, idinagdag ang E - ang dielectric constant ng medium, kung gayon ang batas ng Coulomb ay maaaring gamitin upang kalkulahin ang mga puwersa ng pakikipag-ugnayan ng mga singil para sa vacuum at medium.
Isinasaalang-alang ang impluwensya ng dielectric, mayroon itong anyo:
Mula dito nakikita natin na ang pagpapakilala ng isang dielectric sa pagitan ng mga katawan ay binabawasan ang puwersa F.
Paano itinuturo ang mga puwersa?
Ang mga singil ay nakikipag-ugnayan sa isa't isa depende sa kanilang polarity - tulad ng mga singil ay nagtataboy, at hindi katulad ng (kabaligtaran) na mga singil ay umaakit.
Sa pamamagitan ng paraan, ito ang pangunahing pagkakaiba mula sa isang katulad na batas ng pakikipag-ugnayan ng gravitational, kung saan laging umaakit ang mga katawan. Ang mga puwersa ay nakadirekta sa linya na iginuhit sa pagitan nila, na tinatawag na radius vector. Sa pisika ito ay tinukoy bilang r 12 at bilang radius vector mula sa una hanggang sa pangalawang singil at kabaliktaran. Ang mga puwersa ay nakadirekta mula sa gitna ng singil patungo sa kabaligtaran na singil sa linyang ito kung ang mga singil ay kabaligtaran, at sa kabaligtaran ng direksyon kung sila ay may parehong pangalan (dalawang positibo o dalawang negatibo). Sa vector form:
Ang puwersa na inilapat sa unang singil ng pangalawa ay tinutukoy bilang F 12. Pagkatapos, sa anyong vector, ganito ang hitsura ng batas ng Coulomb:
Upang matukoy ang puwersa na inilapat sa pangalawang singil, ang mga pagtatalaga F 21 at R 21 ay ginagamit.
Kung ang katawan ay may isang kumplikadong hugis at sapat na malaki na sa isang naibigay na distansya ay hindi ito maituturing na isang point charge, kung gayon ito ay nahahati sa maliliit na seksyon at ang bawat seksyon ay itinuturing na isang point charge. Pagkatapos ng geometrical na pagdaragdag ng lahat ng mga nagresultang vectors, ang nagresultang puwersa ay nakuha. Ang mga atomo at molekula ay nakikipag-ugnayan sa isa't isa ayon sa parehong batas.
Application sa pagsasanay
Napakahalaga ng gawa ni Coulomb sa electrostatics; sa pagsasagawa, ginagamit ito sa maraming imbensyon at device. Ang isang kapansin-pansing halimbawa ay isang pamalo ng kidlat. Sa tulong nito, pinoprotektahan nila ang mga gusali at mga instalasyong elektrikal mula sa mga pagkidlat-pagkulog, sa gayon ay napipigilan ang pagkasira ng sunog at kagamitan. Kapag umuulan na may kasamang bagyo, lumilitaw ang isang sapilitan na singil ng malaking magnitude sa lupa, naaakit sila patungo sa ulap. Lumalabas na isang malaking electric field ang lumilitaw sa ibabaw ng lupa. Malapit sa dulo ng baras ng kidlat ito ay mas malaki, bilang isang resulta kung saan ang isang paglabas ng corona ay nag-apoy mula sa dulo (mula sa lupa, sa pamamagitan ng baras ng kidlat hanggang sa ulap). Ang singil mula sa lupa ay naaakit sa kabaligtaran na singil ng ulap, ayon sa batas ng Coulomb. Naka-ionize ang hangin, at bumababa ang lakas ng electric field malapit sa dulo ng lightning rod. Kaya, hindi naiipon ang mga singil sa gusali, kung saan mababa ang posibilidad na magkaroon ng kidlat. Kung magkakaroon ng strike sa gusali, ang lahat ng enerhiya ay mapupunta sa lupa sa pamamagitan ng pamalo ng kidlat.
Ang seryosong siyentipikong pananaliksik ay gumagamit ng pinakadakilang aparato ng ika-21 siglo - ang particle accelerator. Sa loob nito, gumagana ang electric field upang mapataas ang enerhiya ng particle. Isinasaalang-alang ang mga prosesong ito mula sa punto ng view ng impluwensya ng isang pangkat ng mga singil sa isang punto ng pagsingil, kung gayon ang lahat ng mga relasyon ng batas ay naging wasto.
Kapaki-pakinabang