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

Įkrautus kūnus veikia sąveikos jėga, kuria jie gali vienas kitą traukti arba atstumti. Kulono dėsnis apibūdina šią jėgą ir parodo, kiek ji veikia priklausomai nuo paties kūno dydžio ir formos. Šis fizikinis dėsnis bus nagrinėjamas šiame straipsnyje.

Kulono dėsnio formulė.

Turinys

1 Stacionarūs taškiniai mokesčiai
2 Šarlio Kulono sukimo skalės
3 Proporcingumo koeficientas k ir elektrinė konstanta
4 Kulono jėgos kryptis ir vektorinė formuluotė
5 Kur praktiškai taikomas Kulono dėsnis
6 Kulono dėsnio jėgos kryptis
7 Atradimo istorija

Stacionarūs taškiniai mokesčiai

Kulono dėsnis galioja nejudantiems kūnams, kurių dydis yra daug mažesnis už jų atstumą iki kitų objektų. Tokiuose kūnuose yra taškinis elektros krūvis. Sprendžiant fizikinius uždavinius į nagrinėjamų kūnų matmenis nekreipiama dėmesio, nes jie nėra labai svarbūs.

Praktiškai ramybės taškiniai krūviai vaizduojami taip:

Taškinis teigiamai įkrautas krūvis q1.

Šiuo atveju q₁ ir q₂ - yra teigiamas elektriniai krūviai ir juos veikia Kulono jėga (paveikslėlyje neparodyta). Taškinių objektų dydis neturi reikšmės.

Atkreipkite dėmesį! Ramybės krūviai yra vienas nuo kito nutolę tam tikru atstumu, kuris uždaviniuose paprastai žymimas raide r. Toliau dokumente šie mokesčiai bus nagrinėjami vakuuminiu būdu.

Šarlio Kulono sukimo skalės

Šis 1777 m. Kulono sukurtas prietaisas padėjo nustatyti jėgos, vėliau pavadintos jo vardu, priklausomybę. Jis naudojamas taškinių krūvių ir magnetinių polių sąveikai tirti.

Torsioninės svarstyklės turi mažą šilkinį siūlą, esantį vertikalioje plokštumoje, ant kurio kabo subalansuota svirtis. Svirčių galuose yra taškiniai krūviai.

Veikiama išorinių jėgų, svirtis pradeda atlikti horizontalius judesius. Svirė judės plokštumoje tol, kol ją subalansuos siūlo tamprumo jėga.

Judėdama svirtis tam tikru kampu nukrypsta nuo vertikalios ašies. Šis dydis yra d ir vadinamas sukimosi kampu. Žinodami šio parametro vertę, galite nustatyti atsirandančių jėgų sukimo momentą.

Taip pat skaitykite: Kas yra elektros srovė paprastais terminais

Šarlio Kulono sukimo skalės atrodo taip:

Šarlio Kulono sukimo skalės.

Proporcingumo koeficientas k ir elektrinė konstanta $\varepsilon_0$

Kulono dėsnio formulė turi parametrus k - proporcingumo koeficientą arba $\varepsilon_0$ - elektrinė konstanta. Elektrinė konstanta $\varepsilon_0$ pateikiama daugelyje žinynų, vadovėlių, interneto svetainių ir jos nereikia apskaičiuoti! Proporcingumo koeficientas vakuume, pagrįstas $\varepsilon_0$ galima rasti pagal gerai žinomą formulę:

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

Čia $\varepsilon_0=8.85\cdot 10^{ -12} \frac {C^2}{H\cdot m^2}$ - elektrinė konstanta,

${\pi=3,14$ - pi skaičius,

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

Daugiau informacijos! Nežinant minėtų parametrų neįmanoma nustatyti dviejų taškinių elektros krūvių sąveikos jėgos.
Kulono dėsnio formuluotė ir formulė

Apibendrinant tai, kas išdėstyta pirmiau, reikėtų pateikti formalią pagrindinio elektrostatikos dėsnio formuluotę. Tai yra tokia forma:

Dviejų ramybės taškinių krūvių sąveikos jėga vakuume yra tiesiogiai proporcinga šių krūvių sandaugai ir atvirkščiai proporcinga atstumo tarp jų kvadratui. O krūvių sandauga turi būti imama moduliu!

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

Šioje formulėje q₁ ir q₂- yra taškiniai krūviai, nagrinėjami kūnai; r² - yra atstumas plokštumoje tarp šių kūnų, laikomas kvadratu; k yra proporcingumo koeficientas ( $9\cdot 10^{9} \frac {H\cdot m^2}{C^2}$ vakuume).

Kulono jėgos kryptis ir vektorinė formulės forma

Kad visiškai suprastumėte formulę, Kulono dėsnį galima pavaizduoti vizualiai:

Kulono jėgos kryptis dviem vienodo poliariškumo taškiniams krūviams.

F_1,2- pirmojo krūvio sąveikos jėga antrojo krūvio atžvilgiu.

F_2,1- antrojo krūvio sąveikos jėga pirmojo krūvio atžvilgiu.

Be to, sprendžiant elektrostatikos uždavinius reikia atsižvelgti į svarbią taisyklę, kad panašūs krūviai atstumia, o panašūs - traukia. Tai lemia sąveikos jėgų padėtį paveikslėlyje.

Jei laikomi priešingi krūviai, sąveikos jėgos bus nukreiptos viena į kitą ir reikš jų trauką.

Kulono jėgos kryptis dviem skirtingo poliariškumo taškiniams krūviams.

Pagrindinio elektrostatikos dėsnio formulę vektorine forma galima pateikti taip

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

$\vec F_1_2$ - Jėga, veikianti taškinį krūvį q1, į krūvio pusę q2,

${\vec r_1_2}$ - spindulio vektorius, jungiantis krūvį q2 su krūviu q1,

Taip pat skaitykite: Kaip namuose pasigaminti elektroninę plokštę?

$r=||||\vec r_1_2|$

Svarbu! Užrašant formulę vektorine forma, dviejų taškinių elektros krūvių sąveikos jėgos turės būti projektuojamos ant ašies, kad ženklai būtų teisingai išdėstyti. Šis veiksmas yra formalus ir dažnai atliekamas mintinai, be jokių užrašų.

Kur praktiškai taikomas Kulono dėsnis

Pagrindinis elektrostatikos dėsnis yra svarbiausias Šarlio Kulono atradimas, kuris buvo pritaikytas daugelyje sričių.

Žymaus fiziko darbai buvo panaudoti išrandant įvairius prietaisus, instrumentus ir aparatus. Pavyzdžiui, žaibolaidis.

Žaibolaidžiai naudojami namams ir pastatams apsaugoti nuo žaibo per perkūniją. Tai padidina elektros įrangos apsaugos lygį.

Žaibolaidžiai veikia pagal tokį principą: perkūnijos metu ant žemės palaipsniui susidaro stiprūs indukciniai krūviai, kurie vėliau keliauja į debesis. Dėl to ant žemės susidaro didelis elektrinis laukas. Netoli žaibolaidžio elektrinis laukas tampa stipresnis, todėl nuo prietaiso galo užsidega vainikinis elektros krūvis.

Tuomet ant žemės susidaręs krūvis traukia debesyje esantį priešingo ženklo krūvį, kaip ir turėtų būti pagal Kulono dėsnį. Tuomet oras jonizuojasi ir elektrinio lauko stipris prie žaibolaidžio galo tampa mažesnis. Taigi žaibo smūgio į pastatą rizika yra minimali.

Atkreipkite dėmesį! Jei į pastatą, kuriame įrengtas žaibolaidis, trenkia žaibolaidis, gaisras nekils, o visa energija išsisklaidys į žemę.

Remiantis Kulono dėsniu buvo sukurtas prietaisas, vadinamas dalelių greitintuvu, kuris šiandien yra labai paklausus.

Šis prietaisas sukuria stiprų elektrinį lauką, kuris padidina į jį patenkančių dalelių energiją.

Kulono dėsnio jėgų kryptis

Kaip jau minėta, dviejų taškinių elektros krūvių sąveikos jėgų kryptis priklauso nuo jų poliškumo. Tai reiškia, kad vienodo poliškumo panašūs krūviai atstumia, o priešingo poliškumo - traukia.

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

Kulono jėgas taip pat galima vadinti spindulio vektoriumi, nes jie nukreipiami išilgai tarp jų nubrėžtos linijos.

Kai kuriuose fizikos uždaviniuose pateikiami sudėtingos formos kūnai, kurių negalima laikyti taškiniu elektriniu krūviu, t. y. nepaisoma jų matmenų. Tokiu atveju nagrinėjamą kūną reikėtų suskaidyti į kelias mažas dalis ir kiekvieną dalį apskaičiuoti atskirai, taikant Kulono dėsnį.

Jėgos vektoriai, gauti juos išskaidžius, sumuojami pagal algebros ir geometrijos taisykles. Rezultatas yra gauta jėga, kuri yra problemos atsakymas. Šis sprendimo būdas dažnai vadinamas trikampio metodu.

Kulono jėgos vektorių kryptis.

Teisės atradimo istorija

Dviejų taškinių krūvių sąveiką pagal pirmiau aptartą dėsnį pirmą kartą 1785 m. įrodė Šarlis Kulonas. Fizikui pavyko įrodyti suformuluoto dėsnio teisingumą naudojant sukimo svarstykles, kurių principas taip pat buvo pateiktas straipsnyje.

Kulonas taip pat įrodė, kad sferiniame kondensatoriuje nėra elektros krūvio. Taip jis priėjo prie teiginio, kad elektrostatinių jėgų dydį galima keisti keičiant atstumą tarp atitinkamų kūnų.

Taigi Kulono dėsnis tebėra svarbiausias elektrostatikos dėsnis, kuriuo remiantis buvo padaryta daug didžiųjų atradimų. Šiame straipsnyje pateikta oficiali įstatymo formuluotė ir išsamiai aprašytos jo sudedamosios dalys.

Susiję straipsniai: