Príklad Coulombovho zákona

Coulumov zákon bol prvýkrát vytvorený vytvorením rovnováhy Coulum ktorý vytvoril francúzsky vedec Charles Augustin Coulomb, vynašiel váhy na štúdium krútenia vlákien a drôtov, neskôr sa použili rovnaké váhy. potom na malom priestore reprodukovať zákony príťažlivosti a statického náboja, ktoré Isaac Newton a Johannes Kepler vyjadrili o vzťahu gravitačných síl medzi planét

Torzné váhy tvoria dva sklenené valce, jeden dlhý a tenký, na konci ktorých je zavesená strieborná tyč. Na druhej strane tyče, ktorá je na širšom valci a s číselnou stupnicou, je ďalšia vodorovná tyč, na koniec ktorej umiestnil guľôčku bezovej drene. V hornej časti stupnice je otvor, cez ktorý sa vkladá ďalšia guľa bazovej drene pripevnená na tyči.

Keď sa obe tyče spoja bez statického náboja, nepôsobia žiadne príťažlivé ani odpudzujúce sily a zostávajú v pokoji. Keď je na ne elektródou aplikovaný náboj, navzájom sa odmietnu, ak majú rovnaké znamienko, alebo sa priblížia, ak majú opačné znamienka.

Tento experiment sa potom uskutočnil na guľôčkach suspendovaných vo vákuu. Tieto experimenty ho priviedli k vyjadreniu zákona elektrostatických nábojov, známejšieho ako

Coulombov zákon, ktorý hovorí: „Sila, ktorou na seba pôsobia dva elektrické náboje, je priamo úmerná súčin ich elektrostatických nábojov a je nepriamo úmerný druhej mocnine vzdialenosti, ktorú Prestať."

To znamená, že dva elektrostatické náboje sa budú navzájom odpudzovať určitou silou, ktorá sa na začiatku vypočíta ako súčin náboja 1 a náboja 2 (q₁ Prečo?₂). A táto odpudzujúca sila sa bude meniť priamo ako funkcia zvýšenia alebo zníženia oboch alebo jedného z nábojov, berúc do úvahy, že vzdialenosť medzi nabitými guľami je konštantná.

Keď sa vzdialenosť mení, sila sa bude meniť v nepriamom pomere k druhej mocnine vzdialenosti, to znamená, ak napr. sa rovná a počiatočná vzdialenosť sa zdvojnásobí, potom budeme mať 2 X 2 = 4 a jeho inverzný vzťah naznačuje, že sila bude ¼ sily so vzdialenosťou 1.

Toto je vysvetlené pomocou nasledujúcich vzorcov:

F = q₁* čo₂ na konštantnú vzdialenosť.
F = q₁* čo₂/ d² na premenlivú vzdialenosť.

Okrem toho je potrebné aplikovať konštantu (k), ktorá nám umožní určiť silu, ktorá vždy pôsobí vo vzťahu k zaťaženiu. Táto konštanta je určená odpudivou silou, vzdialenosťou, nábojom a prostredím, ktoré rozdeľuje náboje, ktoré môže mať rôzne stupne vodivosti v dôsledku svojej vodivosti a hustoty, ktorá sa nazýva koeficient dielektrikum.

MERACIE JEDNOTKY. Ako pri všetkých výpočtoch fyzikálnych veličín, aj tu používame rôzne merné jednotky. Pre tieto výpočty sú jednotky nasledovné:

F: Newton (1 newton sa rovná sile potrebnej na presunutie 1 kilogramu o 1 meter každú sekundu)

Poplatok (q1, q2): Coulumb (1 Coulomb sa rovná 6,28 X 10¹⁸ elektróny)
Vzdialenosť (d): meter (merná jednotka v metrickom systéme)

K: Dielektrická konštanta je určená elektrostatickou potlačovacou silou v dvoch nábojoch rovnakej veľkosti, ktorá vo vákuu je 8,988 x 10⁹ Newton, za každý meter na druhú a vydelený druhou mocninou zaťaženia. Pre praktické účely je hodnota zaokrúhlená na 9 X 10⁹ Nm²/ q². Potom budeme mať nasledujúce vzorce:

F = (k) q₁ Prečo?₂ Pre pevné vzdialenosti.
F = (k) q₁ Prečo?₂ / d² pre premenlivé vzdialenosti.

Ak vyvinieme tento posledný vzorec, budeme mať:

F = (9x10⁹ m² / q²) Prečo₁ Prečo?₂ / d²

Tento vzorec platí pre Void. V prípade, že náboje sú v inom médiu, potom sa konštanta vydelí dielektrickým koeficientom média. Vzorce budú potom nasledovné:

F = (k/e) q₁ Prečo?₂ Pre pevné vzdialenosti.
F = (k/e) q₁ Prečo?₂ / d² pre premenlivé vzdialenosti.

Dielektrická konštanta niektorých látok:

Prázdne: 1
Vzduch: 1
Vosk: 1,8
Voda: 80
Alkohol: 15
Papier: 1.5
Parafín: 2.1

4 príklady Coulombovho zákona:

Príklad 1

Vypočítajte silu, ktorou sa odpudzujú dve gule s nábojmi 3 x 10^-5 Coulomb a 5 x 10^-5, vo vzdialenosti 40 centimetrov, vo vákuu.

F =?
čo₁ = 1 x 10^-5
čo₂ = 1 x 10^-5
d = 0,4 metra
k = 9 x 10⁹ m²/ d²
čo₁ Prečo?₂ = (3 x 10^-3) (5 x 10^-5) = 1 x 10^-10
d² = 0,16 m
čo₁ Prečo?₂ / d^{2 =}1 x 10^-8/0,16 = 6,25 x 10^-10
k x (q₁ Prečo?₂ / d²) = (9 x 10⁹) (6.25/10-¹⁰) = 5 625 N.

Príklad 2

Vypočítajte s rovnakými údajmi ako v predchádzajúcom príklade silu, ktorou sa náboje odpudzujú za hodinu pri rovnakých nábojoch 2,5 x 10^-6 Coulomb.

F =?
čo₁ = 2,5 x 10^-6
čo₂ = 2,5 x 10^-6
d = 0,4 metra
k = 9 x 10⁹ m²/ d²
čo₁ Prečo?₂ = (2,5 x 10^-6) (2,5 x 10^-6) = 6,25 x 10^-12
d² = 0,16 m
čo₁ Prečo?₂ / d^{2 =}15 x 10^-8/0,16 = 39,0625 x 10^-12
k x (q₁ Prečo?₂ / d²) = (9 x 10⁹) (39,0625 x 10^-12) = 0,315 N. (31,5 x 10^-2 N)

Príklad 3

S použitím rovnakých údajov ako v príklade 2 vypočítajte silu odpudzovania pri dvojnásobnej vzdialenosti, to znamená pri 80 centimetroch.

F =?
čo₁ = 2,5 x 10^-6
čo₂ = 2,5 x 10^-6
d = 0,8 metra
k = 9 x 10⁹ m²/ d²
čo₁ Prečo?₂ = (2,5 x 10^-6) (2,5 x 10^-6) = 6,25 x 10^-12
d² = 0,64 m
čo₁ Prečo?₂ / d^{2 =}15 x 10^-8/0,16 = 9,765625 x 10^-12
k x (q₁ Prečo?₂ / d²) = (9 x 10⁹) (9,765625 x 10^-12) = 0,0878 N. (8,78 x 10^-2 N)

Príklad 4

Vypočítajte príklad 3 v inom dielektrickom médiu, teraz v alkohole.

F =?
čo₁ = 2,5 x 10^-6
čo₂ = 2,5 x 10^-6
d = 0,8 metra
k = 9 x 10⁹ m²/ d²
e = 15
čo₁ Prečo?₂ = (2,5 x 10^-6) (2,5 x 10^-6) = 6,25 x 10^-12
d² = 0,64 m
čo₁ Prečo?₂ / d^{2 =}15 x 10^-8/0,16 = 9,765625 x 10^-12
k/e = (9 x 10⁹) / 15 = 6 x 10⁸
k X (q₁ Prečo?₂ / d²) = (6 x 10⁸) (9,765625 x 10^-12) = 0,00586 N (5,86 x 10^-3 N)