Coulomb Yasası Örneği

Coulum yasası ilk olarak dengenin yaratılmasıyla üretildi. colum Fransız bilim adamı Charles Augustin Coulomb tarafından yaratılan, liflerin ve tellerin burulmasını incelemek için bir denge icat etti, daha sonra aynı denge kullanıldı daha sonra küçük bir uzayda, Isaac Newton ve Johannes Kepler'in yerçekimi kuvvetleri arasındaki ilişki hakkında dile getirdikleri çekim ve statik yük yasalarını yeniden üretmek için. gezegenler

Burulma dengesi, sonunda gümüş bir çubuğun asılı olduğu biri uzun ve ince iki cam silindirden oluşur. Çubuğun daha geniş bir silindir üzerinde ve sayısal ölçekli olan diğer tarafında, ucuna mürver iliği topunu yerleştirdiği yatay bir çubuk daha vardır. Terazinin üst kısmında, bir çubuğa bağlı başka bir mürver özü küresinin yerleştirildiği bir delik vardır.

Her iki çubuk statik yük olmadan bir araya getirildiğinde, çekme veya itme kuvveti yoktur ve hareketsiz kalırlar. Bir elektrotla kendilerine bir yük uygulandığında, işaretler eşitse birbirlerini reddederler veya zıt işaretlere sahiplerse yakınlaşırlar.

Bu deney daha sonra vakumda asılı küreler üzerinde gerçekleştirildi. Bu deneyler onu daha çok bilinen adıyla elektrostatik yükler yasasını ifade etmeye yöneltti. Coulomb yasası, diyor ki: "İki elektrik yükünün birbirine uyguladığı kuvvet, elektrik yüküyle doğru orantılıdır. elektrostatik yüklerinin çarpımı ve uzaklığın karesiyle ters orantılıdır. Durmak için."

Bu, iki elektrostatik yükün, başlangıçta yük 1 ve yük 2 (q) çarpımı ile hesaplanan belirli bir kuvvetle birbirini iteceği anlamına gelir.₁ Neden₂). Ve bu itme kuvveti, yüklü küreler arasındaki mesafenin sabit olduğu göz önüne alındığında, yüklerden her ikisinin veya birinin artması veya azalmasının bir fonksiyonu olarak doğrudan değişecektir.

Mesafe değiştiğinde, kuvvet, mesafenin karesiyle ters orantılı olarak değişecektir, yani, örneğin, yükler kalırsa. eşittir ve ilk mesafe iki katına çıkarsa, 2 X 2 = 4 olur ve bunun ters ilişkisi, kuvvetin mesafe ile kuvvetin ¼'ü olacağını gösterir. 1.

Bu, aşağıdaki formüllerle açıklanmaktadır:

F = q₁* ne₂ sabit bir mesafe için.
F = q₁* ne₂/ NS² Değişken bir mesafe için.

Ek olarak, yüke göre her zaman etki eden kuvveti belirlememizi sağlayacak bir (k) sabiti uygulamak gerekir. Bu sabit, itici kuvvet, mesafe, yük ve yükleri bölen ortam tarafından belirlenir. katsayısı olarak adlandırılan iletkenliği ve yoğunluğu nedeniyle farklı derecelerde iletkenliğe sahip olabilir. dielektrik.

ÖLÇÜM BİRİMLERİ. Fiziksel büyüklüklerin tüm hesaplamalarında olduğu gibi, çeşitli ölçü birimleri kullanıyoruz. Bu hesaplamalar için birimler aşağıdaki gibidir:

F: Newton (1 Newton, saniyede 1 kilogramı 1 metrede hareket ettirmek için gereken kuvvete eşittir)

Yük (q1, q2): Coulumb (1 Coulomb, 6.28 X 10'a eşittir¹⁸ elektronlar)
Mesafe (d): Metre (Metrik sistemde ölçü birimi)

K: Dielektrik sabiti, vakumda 8.988 X 10 olan aynı büyüklükteki iki yükteki elektrostatik reddetme kuvveti tarafından belirlenir.⁹ Newton, her metre kare için yükün karesine bölünür. Pratik amaçlar için değer 9 X 10'a yuvarlanır.⁹ Nm²/ Q². O zaman aşağıdaki formüllere sahip olacağız:

F = (k) q₁ Neden₂ Sabit mesafeler için.
F = (k) q₁ Neden₂ / NS² Değişken mesafeler için.

Bu son formülü geliştirirsek, elde ederiz:

F = (9X10⁹ m² / Q²) Neden₁ Neden₂ / NS²

Bu formül Void için geçerlidir. Yüklerin farklı bir ortamda olması durumunda, sabit, ortamın dielektrik katsayısına bölünecektir. Formüller daha sonra aşağıdaki gibi olacaktır:

F = (k / e) q₁ Neden₂ Sabit mesafeler için.
F = (k / e) q₁ Neden₂ / NS² Değişken mesafeler için.

Bazı maddelerin dielektrik sabiti:

boş: 1
Hava: 1
balmumu: 1.8
Su: 80
Alkol: 15
Kağıt: 1.5
Parafin: 2.1

Coulomb Yasasına 4 örnek:

Örnek 1.

3 x 10 yüklü iki kürenin ittiği kuvveti hesaplayın^-5 Coulomb ve 5 X 10^-5, bir vakumda 40 santimetre mesafede.

F =?
ne₁ = 1 X 10^-5
ne₂ = 1 X 10^-5
d = .4 metre
k = 9 X 10⁹ m²/ NS²
ne₁ Neden₂ = (3 X 10^-3) (5 X 10^-5) = 1 X 10^-10
NS² = 0.16 m
ne₁ Neden₂ / NS^{2 =}1X10^-8/0.16 = 6.25 X 10^-10
k x (q₁ Neden₂ / NS²) = (9 X 10⁹) (6.25/10-¹⁰) = 5.625 N.

Örnek 2

Önceki örneğin aynı verileriyle, 2,5 X 10 eşit yüklerle yüklerin saatte itildiği kuvveti hesaplayın.^-6 Coulomb.

F =?
ne₁ = 2,5 X 10^-6
ne₂ = 2,5 X 10^-6
d = .4 metre
k = 9 X 10⁹ m²/ NS²
ne₁ Neden₂ = (2,5 X 10^-6) (2,5 X 10^-6) = 6.25 X 10^-12
NS² = 0.16 m
ne₁ Neden₂ / NS^{2 =}15 X 10^-8/0.16 = 39.0625 X 10^-12
k x (q₁ Neden₂ / NS²) = (9 X 10⁹) (39.0625 X 10^-12) = 0.315 N. (31.5 X 10^-2 N)

Örnek 3

Örnek 2'dekiyle aynı verileri kullanarak, mesafenin iki katı, yani 80 santimetrede itme kuvvetini hesaplayın.

F =?
ne₁ = 2,5 X 10^-6
ne₂ = 2,5 X 10^-6
d = .8 metre
k = 9 X 10⁹ m²/ NS²
ne₁ Neden₂ = (2,5 X 10^-6) (2,5 X 10^-6) = 6.25 X 10^-12
NS² = 0.64 m
ne₁ Neden₂ / NS^{2 =}15 X 10^-8/0.16 = 9.765625 X 10^-12
k x (q₁ Neden₂ / NS²) = (9 X 10⁹) (9.765625 X 10^-12) = 0.0878 N. (8.78 X10^-2 N)

Örnek 4

Örnek 3'ü farklı bir dielektrik ortamda, şimdi alkolde hesaplayın.

F =?
ne₁ = 2,5 X 10^-6
ne₂ = 2,5 X 10^-6
d = .8 metre
k = 9 X 10⁹ m²/ NS²
e = 15
ne₁ Neden₂ = (2,5 X 10^-6) (2,5 X 10^-6) = 6.25 X 10^-12
NS² = 0.64 m
ne₁ Neden₂ / NS^{2 =}15 X 10^-8/0.16 = 9.765625 X 10^-12
k / e = (9 X 10⁹) / 15 = 6 X 10⁸
kX (q₁ Neden₂ / NS²) = (6 X 10⁸) (9.765625 X 10^-12) = 0,00586 N (5,86 X 10)^-3 N)