Mis on Coulombi seadus?
Coulombi seadust kasutatakse füüsika valdkonnas kuni arvutage kahe puhkeolekus toimuva elektrilaine jõud.
Selle seaduse järgi on võimalik ennustada, milline saab olema kahe osakese vahel olev elektrostaatiline tõmbe- või tõukejõud vastavalt nende elektrilaengule ja nende vahelisele kaugusele.
Coulombi seadus võlgneb oma nime Prantsuse füüsikule Charles-Augustin de Coulombile, kes 1875. aastal selle seaduse välja kuulutas ja mis on elektrostaatika alus:
"Iga elektrilise jõu suurus, millega kaks punktlaengut rahuolekus toimivad, on otseselt proportsionaalne mõlema laengu suuruse korrutisega ja pöördvõrdeline neid eraldava kauguse ruuduga, millel on liituva joone suund neid. Jõud on tõrjuv, kui laengud on sama märgiga, ja tõmbejõud, kui need on vastupidise märgiga ”.
See seadus on esindatud järgmiselt:
- F = elektriline tõmbetugevus või tõukejõud Newtonites (N). Nagu laengud tõrjuvad ja vastupidised laengud tõmbavad ligi.
- k = on Coulombi konstant või proportsionaalsuse elektrikonstant. Jõud varieerub vastavalt keskkonna elektrilisele läbilaskvusele (ε), olgu see muu hulgas vesi, õhk, õli, vaakum.
- mida = Coulombis (C) mõõdetud elektrilaengute väärtus.
- r = kaugus, mis eraldab laenguid ja mida mõõdetakse meetrites (m).
Tuleb märkida, et vaakumi elektriline läbilaskvus on konstantne ja üks kõige sagedamini kasutatavaid. See arvutatakse järgmiselt: ε 0 = 8,8541878176x10-12 C2 / (Nm2). On äärmiselt oluline arvestada materjali läbilaskvusega.
Coulombi konstandi väärtus rahvusvahelises mõõtesüsteemis on:
See seadus võtab arvesse ainult kahe punktlaengu samaaegset vastastikmõju ja määrab ainult q vahel eksisteeriva jõu1 ja mida2 arvestamata ümberkaudseid koormusi.
Coulomb suutis määrata elektrostaatilise jõu omadused, arendades uurimisinstrumendina torsioonbilansi, mis koosnes kiudude küljes rippuvast vardast, millel oli võime keerduda ja algasendisse tagasi pöörduda.
Sel viisil saaks Coulomb mõõta vardal asuva punkti suhtes rakendatavat jõudu, asetades mitu laetud kera erinevatele kaugustele, et mõõta varda pööramisel atraktiivset või tõrjuvat jõudu.
Elektrostaatiline jõud
Elektrilaeng on aine omadus ja see on elektriga seotud nähtuste põhjus.
Elektrostaatika on füüsika haru, mis uurib kehades tekkivaid mõjusid vastavalt nende elektrilaengutele tasakaalus.
Elektrijõud (F) on proportsionaalne kokku laekuvate laengutega ja pöördvõrdeline nende vahelise kaugusega. See jõud toimib laengute vahel radiaalselt, see tähendab laengute vahelise joone vahel, seega on see kahe laengu vaheline radiaalne vektor.
Seetõttu tekitavad kaks sama märgi laengut positiivse jõu, näiteks: - ∙ - = + või + ∙ + = +. Teisest küljest tekitavad kaks vastupidise märgiga laengut negatiivse jõu, näiteks: - ∙ + = - või + ∙ - = -.
Kaks sama märgiga laengut tõrjuvad (+ + / - -), kuid kaks erineva märgiga laengut tõmbavad (+ - / - +).
Näide: kui teflonlinti hõõruda kindaga, on kinnas positiivselt laetud ja lint negatiivselt laetud, nii et lähemale jõudes tõmbavad nad üksteist ligi. Kui nüüd hõõruda õhuga õhupalli juustega, laetakse õhupalli negatiivse energiaga ja kui see teflonlindile lähemale tuua, tõrjuvad mõlemad teineteist, kuna neil on sama tüüpi laeng.
Samamoodi sõltub see jõud elektrilaengust ja nende vahelisest kaugusest, see on elektrostaatika põhiprintsiip, samuti seadus, mida kohaldatakse võrdlusraamis puhkeseisundis olevate laengute suhtes.
Tasub mainida, et väikeste vahemaade korral suurenevad elektrilaengute jõud ja suurte vahemaade korral elektrilaengute jõud, see tähendab, et laengute üksteisest eemaldumisel nad vähenevad.
Jõu suurus
Elektromagnetilise jõu suurus on selline, mis mõjutab elektrilaengut sisaldavaid kehasid ja mis võib viia füüsikalise või keemilise muundumiseni, kuna kehad võivad üksteist ligi meelitada või tõrjuda.
Seepärast võrdub kahe elektrilaengu suurus selle keskmise konstantiga, milles elektrilaengud asuvad, jagatuna nende iga toote korrutise ja neid eraldava kauguse ruuduga.
Elektrostaatilise jõu suurus on proportsionaalne laengute q suuruse korrutisega1 sest2. Elektrostaatiline jõud lähedalt on väga võimas.
Coulombi seaduse näited
Allpool on toodud erinevad näited harjutustest, kus tuleks rakendada Coulombi seadust.
Näide 1
Meil on kaks elektrilaengut, üks + 3c ja teine -2c, mida eraldab 3m kaugus. Mõlema laengu vahelise jõu arvutamiseks on vaja korrutada konstant K mõlema laengu korrutisega. Nagu pildilt näha, on saadud negatiivne jõud.
Illustreeritud näide Coulombi seaduse rakendamisest:
Näide 2
Saime 6 x 10 koormuse-6C (q1), mis on 2 m kaugusel -4 x 10 koormusest-6C (q2). Mis on siis jõu suurus nende kahe laengu vahel?
kuni. Koefitsiendid korrutatakse: 9 x 6 x 4 = 216.
b. Eksponendid lisatakse algebraliselt: -6 ja -6 = -12. Nüüd -12 + 9 = -3.
Vastus: F = 54 x 10-3 N.
Näited harjutustest
1. Meie koormus on 3 x 10-6C (q1) ja veel üks koormus -8 x 10-6C (q2) 2 m kaugusel. Kui suur on nende kahe vahel olev atraktiivne jõud?
Vastus: F = 54 X 10-3 N.
2. Määrake kahe elektrilaengu (1 x 10) vahel mõjuv jõud-6C (q1) ja veel 2,5 x 10 koormust-6C (q2), mis on puhkeasendis ja vaakumis 5 cm kaugusel (pidage meeles, et cm viige m-ni rahvusvahelise mõõtesüsteemi järgi).
Vastus: F = 9 N.
