Kulona likums, definīcija un formula - elektriskie punktveida lādiņi un to mijiedarbība

Starp uzlādētiem ķermeņiem pastāv mijiedarbības spēks, kura dēļ tie var piesaistīt vai atgrūst viens otru. Kulona likums apraksta šo spēku, parāda tā darbības pakāpi atkarībā no paša ķermeņa izmēra un formas. Šis fiziskais likums tiks apspriests šajā rakstā.

Kulona likuma formula.

Saturs

1 Stacionārie punktu lādiņi
2 Čārlza Kulona vērpes līdzsvars
3 Proporcionalitātes koeficients k un elektriskā konstante
4 Kulona spēka virziens un formulas vektora forma
5 Kur praksē piemēro Kulona likumu
6 Spēku virziens Kulona likumā
7 Likuma atklāšanas vēsture

Stacionārie punktu lādiņi

Kulona likums attiecas uz stacionāriem ķermeņiem, kas ir daudz mazāki par to attālumu no citiem objektiem. Uz šādiem ķermeņiem ir koncentrēts punktveida elektriskais lādiņš. Risinot fizikālās problēmas, aplūkoto ķermeņu izmēri tiek atstāti novārtā, jo viņiem nav īsti nozīmes.

Praksē punktveida lādiņi miera stāvoklī tiek attēloti šādi:

Punkta pozitīvi uzlādēts lādiņš q1.

Šajā gadījumā q₁ un q₂ - tas ir pozitīvs elektriskie lādiņi, un uz tiem iedarbojas Kulona spēks (nav parādīts attēlā). Punktu elementu lielumam nav nozīmes.

Piezīme! Lādiņi miera stāvoklī atrodas noteiktā attālumā viens no otra, ko problēmās parasti apzīmē ar burtu r. Tālāk rakstā šīs maksas tiks aplūkotas vakuumā.

Čārlza Kulona vērpes līdzsvars

Šī ierīce, ko Kulons izstrādāja 1777. gadā, palīdzēja izsecināt viņa vārdā vēlāk nosauktā spēka atkarību. Ar tās palīdzību tiek pētīta punktveida lādiņu, kā arī magnētisko polu mijiedarbība.

Vērpes līdzsvaram ir neliels zīda pavediens, kas atrodas vertikālā plaknē, no kura karājas līdzsvarota svira. Punktu lādiņi atrodas sviras galos.

Ārējo spēku iedarbībā svira sāk kustēties horizontāli. Svira pārvietosies plaknē, līdz tā tiks līdzsvarota ar vītnes elastīgo spēku.

Kustības procesā svira novirzās no vertikālās ass noteiktā leņķī. To pieņem kā d un sauc par griešanās leņķi. Zinot šī parametra vērtību, ir iespējams atrast radušos spēku griezes momentu.

Lasi arī: Kas ir elektriskā strāva vienkāršos vārdos

Čārlza Kulona vērpes līdzsvars izskatās šādi:

Čārlza Kulona vērpes līdzsvars.

Proporcionalitātes koeficients k un elektriskā konstante $\varepsilon_0$

Kulona likuma formulā ir parametri k - proporcionalitātes koeficients vai $\varepsilon_0$ ir elektriskā konstante. Elektriskā konstante $\varepsilon_0$ uzrādīts daudzās uzziņu grāmatās, mācību grāmatās, internetā, un tas nav jāskaita! Vakuuma proporcionalitātes koeficients, pamatojoties uz $\varepsilon_0$ var atrast pēc labi zināmās formulas:

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

Šeit $\varepsilon_0=8,85\cdot 10^{-12} \frac {C^2}{H\cdot m^2}$ ir elektriskā konstante,

$\pi=3,14$ - Pī,

$k=9\cdot 10^{9} \frac {H\cdot m^2}{C^2}$ ir proporcionalitātes koeficients vakuumā.

Papildus informācija! Nezinot iepriekš norādītos parametrus, divu punktu elektrisko lādiņu mijiedarbības spēku atrast neizdosies.
Kulona likuma formulējums un formula

Apkopojot iepriekš minēto, ir jāsniedz galvenā elektrostatikas likuma oficiālais formulējums. Tam ir šāda forma:

Divu punktu lādiņu mijiedarbības spēks miera stāvoklī vakuumā ir tieši proporcionāls šo lādiņu reizinājumam un apgriezti proporcionāls attāluma kvadrātam starp tiem. Turklāt maksas reizinājums ir jāņem modulo!

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

Šajā formulā q₁ un q₂ir punktveida lādiņi, uzskatāmi par ķermeņiem; r² - attālums plaknē starp šiem ķermeņiem, ņemot vērā kvadrātā; k ir proporcionalitātes koeficients ( $9\cdot 10^{9} \frac {H\cdot m^2}{C^2}$ vakuumam).

Kulona spēka virziens un formulas vektora forma

Lai pilnībā izprastu formulu, Kulona likumu var vizualizēt:

Kulona spēka virziens diviem vienādas polaritātes punktveida lādiņiem.

F_1,2- pirmā lādiņa mijiedarbības spēks attiecībā pret otro.

F_2,1- otrā lādiņa mijiedarbības spēks attiecībā pret pirmo.

Tāpat, risinot elektrostatikas problēmas, jāņem vērā svarīgs noteikums: tāda paša nosaukuma elektriskie lādiņi atgrūž, un pretējie lādiņi piesaista. No tā ir atkarīga mijiedarbības spēku atrašanās vieta attēlā.

Ja ņem vērā pretējos lādiņus, tad to mijiedarbības spēki tiks vērsti viens pret otru, attēlojot to pievilcību.

Kulona spēka virziens diviem dažādas polaritātes punktveida lādiņiem.

Elektrostatikas pamatlikuma formulu vektora formā var attēlot šādi:

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

$\vec F_1_2$ ir spēks, kas iedarbojas uz punktveida lādiņu q1 no lādiņa q2 puses,

$\vec r_1_2$ ir rādiusa vektors, kas savieno lādiņu q2 ar lādiņu q1,

Lasi arī: Kā mājās izgatavot elektronisko iespiedshēmas plati?

$r=|\vec r_1_2|$

Svarīgs! Uzrakstot formulu vektora formā, divu punktu elektrisko lādiņu mijiedarbības spēki būs jāprojicē uz asi, lai pareizi ievietotu zīmes. Šī darbība ir formalitāte un bieži tiek veikta garīgi bez piezīmēm.

Kur praksē piemēro Kulona likumu

Elektrostatikas pamatlikums ir vissvarīgākais Čārlza Kulona atklājums, kas ir atradis savu pielietojumu daudzās jomās.

Slavenā fiziķa darbi tika izmantoti dažādu ierīču, ierīču, aparātu izgudrošanas procesā. Piemēram, zibensnovedējs.

Ar zibensnovedēja palīdzību dzīvojamās ēkas un ēkas tiek pasargātas no zibens negaisa laikā. Tādējādi tiek paaugstināta elektroiekārtu aizsardzības pakāpe.

Zibensnovedējs darbojas pēc šāda principa: pērkona negaisa laikā uz zemes pamazām sāk uzkrāties spēcīgi indukcijas lādiņi, kas paceļas augšup un tiek piesaistīti mākoņiem. Šajā gadījumā uz zemes veidojas diezgan liels elektriskais lauks. Zibensnovedēja tuvumā elektriskais lauks kļūst spēcīgāks, kā rezultātā no ierīces gala tiek aizdedzināts korona elektriskais lādiņš.

Tālāk uz zemes izveidotais lādiņš sāk piesaistīties mākoņa lādiņam ar pretēju zīmi, kā tam vajadzētu būt pēc Čārlza Kulona likuma. Pēc tam gaiss iziet cauri jonizācijas procesam, un elektriskā lauka stiprums zibens stieņa galā samazinās. Tādējādi zibens iekļūšanas risks ēkā ir minimāls.

Piezīme! Ja ēka, uz kuras uzstādīts zibensnovedējs, tiks notriekta, tad uguns nebūs, un visa enerģija nonāks zemē.

Pamatojoties uz Kulona likumu, tika izstrādāta ierīce ar nosaukumu "Daļiņu paātrinātājs", kas mūsdienās ir ļoti pieprasīta.

Šajā ierīcē tiek izveidots spēcīgs elektriskais lauks, kas palielina tajā krītošo daļiņu enerģiju.

Spēku virziens Kulona likumā

Kā minēts iepriekš, divu punktu elektrisko lādiņu mijiedarbības spēku virziens ir atkarīgs no to polaritātes. Tie. Tāda paša nosaukuma lādiņi atgrūdīs, un pretēju lādiņu lādiņi piesaistīs.

Lasi arī: Kā ar savām rokām izgatavot metāla detektoru, palīdzība iesācējiem

Kulona spēkus var saukt arī par rādiusa vektoru, jo tie ir vērsti pa līniju, kas novilkta starp tām.

Dažās fizikālās problēmās ir doti sarežģītas formas ķermeņi, kurus nevar ņemt par punktveida elektrisko lādiņu, t.i. ignorējiet tā lielumu. Šajā situācijā apskatāmais ķermenis jāsadala vairākās mazās daļās un katra daļa jāaprēķina atsevišķi, izmantojot Kulona likumu.

Sadalot iegūtos spēku vektorus apkopo pēc algebras un ģeometrijas likumiem. Rezultāts ir iegūtais spēks, kas būs atbilde uz šo problēmu. Šo risināšanas metodi bieži sauc par trīsstūra metodi.

Kulona spēka vektoru virziens.

Likuma atklāšanas vēsture

Divu punktu lādiņu mijiedarbību saskaņā ar iepriekš apskatīto likumu 1785. gadā pirmo reizi pierādīja Čārlzs Kulons. Fiziķim izdevās pierādīt formulētā likuma patiesumu, izmantojot vērpes svarus, kuru darbības princips arī tika izklāstīts rakstā.

Kulons arī pierādīja, ka sfēriskā kondensatora iekšpusē nav elektriskā lādiņa. Tātad viņš nonāca pie apgalvojuma, ka elektrostatisko spēku lielumu var mainīt, mainot attālumu starp aplūkojamajiem ķermeņiem.

Tādējādi Kulona likums joprojām ir vissvarīgākais elektrostatikas likums, uz kura pamata ir veikti daudzi no lielākajiem atklājumiem. Šī panta ietvaros tika prezentēta likuma oficiālā redakcija, kā arī detalizēti aprakstītas tā veidojošās daļas.

Līdzīgi raksti: