Hvad er Coulombs lov?
Coulombs lov bruges inden for fysik til beregne den elektriske kraft, der virker mellem to ladninger i hvile.
Fra denne lov er det muligt at forudsige, hvad der vil være den elektrostatiske tiltrækningskraft eller frastødning, der findes mellem to partikler i henhold til deres elektriske ladning og afstanden mellem dem.
Coulombs lov skylder sit navn til den franske fysiker Charles-Augustin de Coulomb, som i 1875 erklærede denne lov, og som udgør grundlaget for elektrostatik:
"Størrelsen af hver af de elektriske kræfter, hvormed to punktladninger interagerer i hvile, er direkte proportional med produktet af størrelsen af begge ladninger og omvendt proportional med kvadratet for afstanden, der adskiller dem og har retningen af den linje, der forbinder dem. Kraften er frastødende, hvis ladningerne er af samme tegn, og tiltrækning, hvis de er af det modsatte tegn ”.
Denne lov er repræsenteret som følger:
- F = elektrisk tiltrækningskraft eller frastødning i Newton (N). Ligesom afgif.webpter afviser og modsatte afgif.webpter tiltrækker.
- k = er Coulomb konstant eller elektrisk proportionalitetskonstant. Kraften varierer afhængigt af mediumets elektriske permittivitet (ε), det være sig vand, luft, olie, vakuum, blandt andre.
- hvad = værdi af elektriske ladninger målt i Coulomb (C).
- r = afstand, der adskiller ladningerne, og som måles i meter (m).
Det skal bemærkes, at den elektriske permittivitet af vakuum er konstant og en af de mest anvendte. Det beregnes som følger: ε 0 = 8.8541878176x10-12 C2 / (Nm2). Det er ekstremt vigtigt at tage højde for materialets permittivitet.
Værdien af Coulomb-konstanten i det internationale målesystem er:
Denne lov tager kun højde for interaktionen mellem to punktladninger på samme tid og bestemmer kun den kraft, der findes mellem q1 og hvad2 uden at overveje belastningerne rundt.
Coulomb var i stand til at bestemme egenskaberne for den elektrostatiske kraft ved at udvikle en torsionsbalance som et studieinstrument, der bestod af en stang, der hænger på en fiber med evnen til at vride og vende tilbage til sin oprindelige position.
På denne måde kunne Coulomb måle den kraft, der udøves på et punkt på stangen ved at placere flere ladede kugler på forskellige afstande for at måle den attraktive eller afvisende kraft, når stangen roterede.
Elektrostatisk kraft
Elektrisk ladning er en materieegenskab og er årsagen til fænomenerne forbundet med elektricitet.
Elektrostatik er den gren af fysikken, der studerer de effekter, der genereres i legemer i henhold til deres elektriske ladninger i ligevægt.
Den elektriske kraft (F) er proportional med de ladninger, der samles, og er omvendt proportional med afstanden mellem dem. Denne kraft virker radialt mellem ladningerne, det vil sige en linje mellem ladningerne, derfor er den en radial vektor mellem de to ladninger.
Derfor genererer to ladninger af det samme tegn en positiv kraft, for eksempel: - ∙ - = + eller + ∙ + = +. På den anden side genererer to ladninger med modsatte tegn en negativ kraft, for eksempel: - ∙ + = - eller + ∙ - = -.
To afgif.webpter med det samme tegn afviser imidlertid (+ + / - -), men to afgif.webpter med forskellige tegn tiltrækker (+ - / - +).
Eksempel: hvis du gnider et teflontape med en handske, er handsken positivt ladet, og båndet er negativt ladet, så når de kommer tættere, tiltrækker de hinanden. Hvis vi nu gnider en oppustet ballon med vores hår, vil ballonen blive ladet med negativ energi, og når den bringes tættere på Teflon-båndet, afviser begge hinanden, fordi de har samme type opladning.
Ligeledes afhænger denne kraft af den elektriske ladning og afstanden mellem dem, det er et grundlæggende princip for elektrostatik samt en lov, der gælder for ladninger i hvile i en referenceramme.
Det er værd at nævne, at for små afstande øges kræfterne for elektriske ladninger, og for store afstande falder kræfterne for elektriske ladninger, dvs. de falder, når ladningerne bevæger sig væk fra hinanden.
Kraftens størrelse
Størrelsen af den elektromagnetiske kraft er en, der påvirker legemer, der indeholder en elektrisk ladning, og som kan føre til en fysisk eller kemisk transformation, da legemer kan tiltrække eller afvise hinanden.
Derfor er størrelsen, der udøves på to elektriske ladninger, lig med konstanten af mediet, i hvilket de elektriske ladninger er placeret ved kvotienten mellem produktet af hver af dem og den afstand, der adskiller dem i kvadrat.
Størrelsen af den elektrostatiske kraft er proportional med produktet af størrelsen af ladningerne q1 fordi2. Den elektrostatiske kraft på tæt afstand er meget kraftig.
Eksempler på Coulombs lov
Nedenfor er forskellige eksempler på øvelser, hvor Coulombs lov skal anvendes.
Eksempel 1
Vi har to elektriske ladninger, en på + 3c og en på -2c, adskilt af en afstand på 3 m. For at beregne den kraft, der findes mellem begge ladninger, er det nødvendigt at multiplicere konstanten K med produktet af begge ladninger. Som det kan ses på billedet, er der opnået en negativ kraft.
Illustreret eksempel på, hvordan Coulombs lov anvendes:
Eksempel 2
Vi har en belastning på 6 x 10-6C (q1) der er 2 m væk fra en -4 x 10 belastning-6C (q2). Så hvad er kraftens størrelse mellem disse to ladninger?
til. Koefficienterne ganges: 9 x 6 x 4 = 216.
b. Eksponenterne tilføjes algebraisk: -6 og -6 = -12. Nu -12 + 9 = -3.
Svar: F = 54 x 10-3 N.
Eksempler på øvelser
1. Vi har en belastning på 3 x 10-6C (q1) og en anden belastning på -8 x 10-6C (q2) i en afstand af 2 m. Hvad er størrelsen af den tiltrækkende kraft, der findes mellem de to?
Svar: F = 54 X 10-3 N.
2. Bestem kraften, der virker mellem to elektriske ladninger 1 x 10-6C (q1) og en anden 2,5 x 10 belastning-6C (q2), som er i ro og i vakuum i en afstand på 5 cm (husk at bringe cm til m efter det internationale målesystem).
Svar: F = 9 N.
