Kulono dėsnio pavyzdys

Kulumo įstatymas pirmą kartą buvo sukurtas sukuriant pusiausvyrą Coulum kurią sukūrė prancūzų mokslininkas Charlesas Augustinas Kulonas, išrado svarstykles pluoštų ir vielų sukimuisi tirti, vėliau buvo panaudota ta pati svarstykle. tada mažoje erdvėje atkurti traukos ir statinio krūvio dėsnius, kuriuos Isaacas Newtonas ir Johannesas Kepleris paskelbė apie gravitacijos jėgų ryšį tarp planetos

Torsioninis svarstyklės susideda iš dviejų stiklinių cilindrų, vieno ilgo ir plono, kurių gale pakabinamas sidabrinis strypas. Kitoje meškerės pusėje, kuri yra ant platesnio cilindro ir su skaitine skale, yra dar vienas horizontalus strypas, kurio gale jis padėjo šeivamedžio čiulpų rutulį. Žvyno viršuje yra skylutė, per kurią įkišama kita šeivamedžio šerdies sfera, pritvirtinta prie strypo.

Sujungus abu strypus be statinių krūvių, nelieka nei traukos, nei atstūmimo jėgų, jie lieka ramybės būsenoje. Kai elektrodas juos įkrauna, jie atstums vienas kitą, jei yra vienodo ženklų, arba priartės, jei yra priešingų ženklų.

Tada šis eksperimentas buvo atliktas su vakuume pakabintomis sferomis. Šie eksperimentai paskatino jį išreikšti elektrostatinių krūvių dėsnį, geriau žinomą kaip Kulono įstatymas, kuriame sakoma: „Jėga, kurią du elektros krūviai veikia vienas kitą, yra tiesiogiai proporcinga jų elektrostatinių krūvių sandauga ir atvirkščiai proporcinga atstumo kvadratui Sustoti."

Tai reiškia, kad du elektrostatiniai krūviai atstums vienas kitą tam tikra jėga, kuri iš pradžių apskaičiuojama pagal 1 krūvio ir 2 krūvio sandaugą (q₁ Kodėl₂). Ir ši atstūmimo jėga tiesiogiai skirsis priklausomai nuo abiejų arba vieno iš krūvių padidėjimo arba sumažėjimo, atsižvelgiant į tai, kad atstumas tarp įkrautų sferų yra pastovus.

Kai atstumas kinta, jėga skirsis atvirkščiai proporcingai atstumo kvadratui, tai yra, jei, pavyzdžiui, krūviai išliks lygus ir pradinis atstumas padvigubinamas, tada turėsime 2 X 2 = 4 ir jo atvirkštinis ryšys rodo, kad jėga bus ¼ jėgos su atstumu 1.

Tai paaiškinama šiomis formulėmis:

F = q₁* ką₂ pastoviam atstumui.
F = q₁* ką₂/ d² kintamam atstumui.

Be to, būtina taikyti konstantą (k), kuri leis mums nustatyti jėgą, kuri visada veikia apkrovos atžvilgiu. Šią konstantą lemia atstūmimo jėga, atstumas, krūvis ir krūvius dalijanti terpė, jis gali turėti skirtingą laidumo laipsnį dėl savo laidumo ir tankio, kuris vadinamas koeficientu dielektrinis.

MATAVIMO VIENETAI. Kaip ir visuose fizikinių dydžių skaičiavimuose, naudojame įvairius matavimo vienetus. Atliekant šiuos skaičiavimus, vienetai yra tokie:

F: Niutonas (1 niutonas yra lygus jėgai, reikalingai 1 kilogramui judėti per 1 metrą kas sekundę)

Įkrovimas (q1, q2): Kulonas (1 kulonas lygus 6,28 x 10¹⁸ elektronai)
Atstumas (d): metras (metrinės sistemos matavimo vienetas)

K: Dielektrinė konstanta nustatoma pagal elektrostatinę atmetimo jėgą dviejuose tokio paties dydžio krūviuose, kurie vakuume yra 8,988 X 10⁹ Niutonas, už kiekvieną metrą padalijus iš apkrovos kvadrato. Praktiniais tikslais vertė suapvalinama iki 9 x 10⁹ Nm²/ q². Tada turėsime tokias formules:

F = (k) q₁ Kodėl₂ Fiksuotiems atstumams.
F = (k) q₁ Kodėl₂ / d² kintamiems atstumams.

Jei sukursime šią paskutinę formulę, turėsime:

F = (9x10⁹ m² / q²) Kodėl₁ Kodėl₂ / d²

Ši formulė galioja Tuštumai. Tuo atveju, kai krūviai yra kitoje terpėje, konstanta bus padalinta iš terpės dielektrinio koeficiento. Tada formulės bus tokios:

F = (k / e) q₁ Kodėl₂ Fiksuotiems atstumams.
F = (k / e) q₁ Kodėl₂ / d² kintamiems atstumams.

Kai kurių medžiagų dielektrinė konstanta:

Tuščia: 1
Oras: 1
Vaškas: 1,8
Vanduo: 80
Alkoholis: 15
Popierius: 1.5
Parafinas: 2.1

4 Kulono dėsnio pavyzdžiai:

1 pavyzdys.

Apskaičiuokite jėgą, kuria atstumia dvi sferos, kurių krūviai yra 3 X 10^-5 Kulonas ir 5 x 10^-5, 40 centimetrų atstumu, vakuume.

F =?
ką₁ = 1 x 10^-5
ką₂ = 1 x 10^-5
d = .4 metro
k = 9 x 10⁹ m²/ d²
ką₁ Kodėl₂ = (3 x 10^-3) (5 x 10^-5) = 1 x 10^-10
d² = 0,16 m
ką₁ Kodėl₂ / d^{2 =}1x10^-8/0,16 = 6,25 x 10^-10
k x (q₁ Kodėl₂ / d²) = (9 x 10⁹) (6.25/10-¹⁰) = 5 625 N.

2 pavyzdys

Su tais pačiais ankstesnio pavyzdžio duomenimis apskaičiuokite jėgą, kuria per valandą atstumiami įkrovimai vienodais įkrovimais 2,5 x 10^-6 Kulonas.

F =?
ką₁ = 2,5 x 10^-6
ką₂ = 2,5 x 10^-6
d = .4 metro
k = 9 x 10⁹ m²/ d²
ką₁ Kodėl₂ = (2,5 x 10^-6) (2,5 x 10^-6) = 6,25 x 10^-12
d² = 0,16 m
ką₁ Kodėl₂ / d^{2 =}15x10^-8/0,16 = 39,0625 X 10^-12
k x (q₁ Kodėl₂ / d²) = (9 x 10⁹) (39 0625 x 10^-12) = 0,315 N. (31,5 x 10^-2 N)

3 pavyzdys

Naudodami tuos pačius duomenis, kaip ir 2 pavyzdyje, apskaičiuokite atstūmimo jėgą du kartus didesniu atstumu, ty 80 centimetrų.

F =?
ką₁ = 2,5 x 10^-6
ką₂ = 2,5 x 10^-6
d = .8 metro
k = 9 x 10⁹ m²/ d²
ką₁ Kodėl₂ = (2,5 x 10^-6) (2,5 x 10^-6) = 6,25 x 10^-12
d² = 0,64 m
ką₁ Kodėl₂ / d^{2 =}15x10^-8/0,16 = 9,765625 X 10^-12
k x (q₁ Kodėl₂ / d²) = (9 x 10⁹) (9,765625 X 10^-12) = 0,0878 N. (8,78 x 10^-2 N)

4 pavyzdys

Apskaičiuokite 3 pavyzdį kitoje dielektrinėje terpėje, dabar alkoholyje.

F =?
ką₁ = 2,5 x 10^-6
ką₂ = 2,5 x 10^-6
d = .8 metro
k = 9 x 10⁹ m²/ d²
e = 15
ką₁ Kodėl₂ = (2,5 x 10^-6) (2,5 x 10^-6) = 6,25 x 10^-12
d² = 0,64 m
ką₁ Kodėl₂ / d^{2 =}15x10^-8/0,16 = 9,765625 X 10^-12
k / e = (9 x 10⁹) / 15 = 6 x 10⁸
k X (q₁ Kodėl₂ / d²) = (6 x 10⁸) (9,765625 X 10^-12) = 0,00586 N (5,86 x 10^-3 N)