Kulono dėsnis, apibrėžimas ir formulė – elektros taškiniai krūviai ir jų sąveika

Tarp įkrautų kūnų yra sąveikos jėga, dėl kurios jie gali vienas kitą pritraukti arba atstumti. Kulono dėsnis apibūdina šią jėgą, parodo jos veikimo laipsnį, priklausomai nuo paties kūno dydžio ir formos. Šis fizinis dėsnis bus aptartas šiame straipsnyje.

Kulono dėsnio formulė.

Turinys

1 Stacionarūs taškiniai įkrovimai
2 Charleso Kulono sukimo balansas
3 Proporcingumo koeficientas k ir elektrinė konstanta
4 Kulono jėgos kryptis ir formulės vektorinė forma
5 Kur Kulono dėsnis taikomas praktiškai
6 Jėgų kryptis pagal Kulono dėsnį
7 Įstatymo atradimo istorija

Stacionarūs taškiniai įkrovimai

Kulono dėsnis taikomas stacionariems kūnams, kurie yra daug mažesni už jų atstumą nuo kitų objektų. Ant tokių kūnų sutelktas taškinis elektros krūvis. Sprendžiant fizines problemas, neatsižvelgiama į nagrinėjamų kūnų matmenis, nes jie tikrai nesvarbu.

Praktiškai taškiniai krūviai ramybės būsenoje vaizduojami taip:

Taškinio teigiamo krūvio krūvis q1.

Šiuo atveju q₁ ir q₂ - tai yra teigiamas elektros krūviai, o juos veikia Kulono jėga (paveiksle nepavaizduota). Taškinių savybių dydis neturi reikšmės.

Pastaba! Krūviai ramybės būsenoje yra tam tikru atstumu vienas nuo kito, kuris problemose paprastai žymimas raide r. Toliau straipsnyje šie mokesčiai bus nagrinėjami vakuume.

Charleso Kulono sukimo balansas

Šis prietaisas, kurį Kulonas sukūrė 1777 m., padėjo nustatyti jėgos, vėliau pavadintos jo vardu, priklausomybę. Su jo pagalba tiriama taškinių krūvių, taip pat ir magnetinių polių, sąveika.

Sukimo svarstyklės turi mažą šilko siūlą, esantį vertikalioje plokštumoje, nuo kurios kabo subalansuota svirtis. Taškiniai įkrovimai yra svirties galuose.

Veikiant išorinėms jėgoms, svirtis pradeda judėti horizontaliai. Svirtis judės plokštumoje, kol ją subalansuos sriegio elastinė jėga.

Judėjimo metu svirtis tam tikru kampu nukrypsta nuo vertikalios ašies. Jis laikomas d ir vadinamas sukimosi kampu. Žinant šio parametro reikšmę, galima rasti kylančių jėgų sukimo momentą.

Taip pat skaitykite: Kas yra elektros srovė paprastais žodžiais

Charleso Coulombo sukimo balansas atrodo taip:

Charleso Kulono sukimo balansas.

Proporcingumo koeficientas k ir elektrinė konstanta $\varepsilon_0$

Kulono dėsnio formulėje yra parametrai k – proporcingumo koeficientas arba $\varepsilon_0$ yra elektros konstanta. Elektros konstanta $\varepsilon_0$ pateikta daugelyje žinynų, vadovėlių, internete, ir to nereikia skaičiuoti! Vakuuminio proporcingumo koeficiento pagrindu $\varepsilon_0$ galima rasti pagal gerai žinomą formulę:

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

čia $\varepsilon_0=8,85\cdot 10^{-12} \frac {C^2}{H\cdot m^2}$ yra elektros konstanta,

$\pi=3,14$ -Pi,

$k=9\cdot 10^{9} \frac {H\cdot m^2}{C^2}$ yra proporcingumo koeficientas vakuume.

Papildoma informacija! Nežinant aukščiau pateiktų parametrų, nepavyks rasti dviejų taškinių elektros krūvių sąveikos jėgos.
Kulono dėsnio formuluotė ir formulė

Apibendrinant tai, kas išdėstyta aukščiau, būtina pateikti oficialią pagrindinio elektrostatikos dėsnio formuluotę. Jis turi tokią formą:

Dviejų taškinių krūvių sąveikos jėga, esanti vakuume, yra tiesiogiai proporcinga šių krūvių sandaugai ir atvirkščiai proporcinga atstumo tarp jų kvadratui. Be to, mokesčių sandauga turi būti imta modulo!

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

Šioje formulėje q₁ ir q₂yra taškiniai krūviai, laikomi kūnais; r² - atstumas plokštumoje tarp šių kūnų, paimtas kvadratu; k yra proporcingumo koeficientas ( $9\cdot 10^{9} \frac {H\cdot m^2}{C^2}$ vakuumui).

Kulono jėgos kryptis ir formulės vektorinė forma

Norint visiškai suprasti formulę, Kulono dėsnį galima įsivaizduoti:

Kulono jėgos kryptis dviem to paties poliškumo taškiniams krūviams.

F_1,2- pirmojo krūvio sąveikos jėga antrojo atžvilgiu.

F_2,1- antrojo krūvio sąveikos jėga pirmojo atžvilgiu.

Taip pat, sprendžiant elektrostatikos problemas, būtina atsižvelgti į svarbią taisyklę: to paties pavadinimo elektros krūviai atstumia, o priešingi krūviai traukia. Nuo to priklauso sąveikos jėgų vieta paveiksle.

Jei atsižvelgsime į priešingus krūvius, tada jų sąveikos jėgos bus nukreiptos viena į kitą, vaizduojant jų trauką.

Kulono jėgos kryptis dviem skirtingo poliškumo taškiniams krūviams.

Pagrindinio elektrostatikos dėsnio formulę vektorine forma galima pavaizduoti taip:

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

$\vec F_1_2$ yra taškinį krūvį q1 veikianti jėga iš krūvio q2 pusės,

$\vec r_1_2$ yra spindulio vektorius, jungiantis krūvį q2 su krūviu q1,

Taip pat skaitykite: Kaip namuose pasidaryti elektroninę spausdintinę plokštę?

$r=|\vec r_1_2|$

Svarbu! Parašius formulę vektorine forma, dviejų taškinių elektros krūvių sąveikaujančias jėgas reikės projektuoti į ašį, kad būtų teisingai išdėstyti ženklai. Šis veiksmas yra formalumas ir dažnai atliekamas mintyse be jokių pastabų.

Kur Kulono dėsnis taikomas praktiškai

Pagrindinis elektrostatikos dėsnis yra svarbiausias Charleso Coulomb atradimas, kuris buvo pritaikytas daugelyje sričių.

Garsaus fiziko darbai buvo panaudoti išradinėjant įvairius prietaisus, prietaisus, aparatus. Pavyzdžiui, žaibolaidis.

Žaibolaidžio pagalba gyvenamieji pastatai ir pastatai yra apsaugoti nuo žaibo perkūnijos metu. Taigi padidėja elektros įrenginių apsaugos laipsnis.

Žaibolaidis veikia tokiu principu: perkūnijos metu žemėje pamažu pradeda kauptis stiprūs indukciniai krūviai, kurie kyla aukštyn ir traukia debesis. Tokiu atveju ant žemės susidaro gana didelis elektrinis laukas. Prie žaibolaidžio sustiprėja elektrinis laukas, dėl kurio iš įrenginio galiuko užsidega vainikinis elektros krūvis.

Toliau ant žemės susidaręs krūvis pradeda traukti debesies krūvį su priešingu ženklu, kaip ir turėtų būti pagal Charleso Coulomb dėsnį. Po to oras pereina jonizacijos procesą, o elektrinio lauko stiprumas sumažėja arti žaibolaidžio galo. Taigi žaibo patekimo į pastatą rizika yra minimali.

Pastaba! Jei pastatas, ant kurio sumontuotas žaibolaidis, nutrenks, gaisro nebus, o visa energija eis į žemę.

Remiantis Kulono įstatymu, buvo sukurtas prietaisas, vadinamas „dalelių greitintuvu“, kuris šiandien yra labai paklausus.

Šiame įrenginyje sukuriamas stiprus elektrinis laukas, kuris padidina į jį patenkančių dalelių energiją.

Jėgų kryptis pagal Kulono dėsnį

Kaip minėta aukščiau, dviejų taškinių elektros krūvių sąveikos jėgų kryptis priklauso nuo jų poliškumo. Tie. To paties pavadinimo krūviai atbaidys, o priešingų – pritrauks.

Taip pat skaitykite: Kaip savo rankomis pasidaryti metalo detektorių, pagalba pradedantiesiems

Kulono jėgos taip pat gali būti vadinamos spindulio vektoriumi, nes jie nukreipti išilgai tarp jų nubrėžtos linijos.

Kai kuriose fizikinėse problemose pateikiami sudėtingos formos kūnai, kurių negalima imti taškiniam elektros krūviui, t.y. nekreipti dėmesio į jo dydį. Esant tokiai situacijai, nagrinėjamas kūnas turi būti padalintas į kelias mažas dalis ir kiekviena dalis turi būti apskaičiuojama atskirai, taikant Kulono dėsnį.

Skaldymo būdu gauti jėgų vektoriai apibendrinami pagal algebros ir geometrijos taisykles. Rezultatas yra gaunama jėga, kuri bus šios problemos atsakymas. Šis sprendimo būdas dažnai vadinamas trikampio metodu.

Kulono jėgos vektorių kryptis.

Įstatymo atradimo istorija

Dviejų taškinių krūvių sąveiką pagal pirmiau minėtą įstatymą pirmą kartą 1785 m. įrodė Charlesas Coulombas. Suformuluoto dėsnio teisingumą fizikui pavyko įrodyti naudojant torsionines svarstykles, kurių veikimo principas taip pat buvo pateiktas straipsnyje.

Kulonas taip pat įrodė, kad sferinio kondensatoriaus viduje nėra elektros krūvio. Taigi jis priėjo prie teiginio, kad elektrostatinių jėgų dydį galima pakeisti keičiant atstumą tarp nagrinėjamų kūnų.

Taigi Kulono dėsnis vis dar yra svarbiausias elektrostatikos dėsnis, kuriuo remiantis buvo padaryta daug didžiausių atradimų. Šiame straipsnyje buvo pristatyta oficiali įstatymo redakcija, išsamiai aprašytos jo sudedamosios dalys.

Panašūs straipsniai: