Coulombův zákon Příklad

Coulumův zákon byl poprvé vytvořen vytvořením rovnováhy Coulum který vytvořil francouzský vědec Charles Augustin Coulomb, vynalezl váhu ke studiu torze vláken a drátů, později byla použita stejná váha pak se na malém prostoru reprodukovat zákony přitažlivosti a statického náboje, které Isaac Newton a Johannes Kepler vyslovili o vztahu gravitačních sil mezi planety

Torzní váha se skládá ze dvou skleněných válců, jednoho dlouhého a tenkého, na jehož konci je zavěšena stříbrná tyč. Na druhé straně tyče, která je na širším válci as číselnou stupnicí, je další vodorovná tyč, na jejíž konci umístil kouli bezové dřeně. V horní části stupnice je otvor, kterým je zasunuta další koule dřeně bezinky připojené k tyči.

Když jsou obě tyče spojeny bez statického náboje, nepůsobí přitažlivé ani odporné síly a zůstávají v klidu. Když je na ně elektroda nabije, navzájem se odmítnou, pokud mají stejné znaménko, nebo se přiblíží, pokud mají opačné znaménka.

Tento experiment byl poté proveden na kuličkách suspendovaných ve vakuu. Tyto experimenty ho vedly k vyjádření zákona elektrostatických nábojů, lépe známého jako

Coulombův zákon, který říká: „Síla, kterou na sebe působí dva elektrické náboje, je přímo úměrná produkt jejich elektrostatických nábojů a nepřímo úměrný druhé mocnině vzdálenosti, kterou Zastavit."

To znamená, že dva elektrostatické náboje se navzájem odpuzují určitou silou, která se zpočátku vypočítá součinem náboje 1 a náboje 2 (q₁ Protože₂). A tato odpudivá síla se bude přímo měnit v závislosti na zvýšení nebo snížení obou nebo jednoho z nábojů, vzhledem k tomu, že vzdálenost mezi nabitými koulemi je konstantní.

Když se vzdálenost mění, síla se bude měnit v nepřímém poměru k druhé mocnině vzdálenosti, to znamená, pokud například náboje zůstanou rovná a počáteční vzdálenost se zdvojnásobí, pak budeme mít 2 X 2 = 4 a její inverzní vztah naznačuje, že síla bude ¼ síly se vzdáleností 1.

To je vysvětleno pomocí následujících vzorců:

F = q₁* co₂ na konstantní vzdálenost.
F = q₁* co₂/ d² pro proměnnou vzdálenost.

Kromě toho je nutné použít konstantu (k), která nám umožní určit sílu, která vždy působí ve vztahu k zatížení. Tato konstanta je určena odpudivou silou, vzdáleností, nábojem a prostředím, které náboje rozdělí, což Může mít různé stupně vodivosti díky své vodivosti a hustotě, které se říká koeficient dielektrikum.

MĚŘICÍ JEDNOTKY. Jako ve všech výpočtech fyzikálních veličin používáme různé měrné jednotky. Pro tyto výpočty jsou jednotky následující:

F: Newton (1 newton se rovná síle potřebné k pohybu 1 kilogramu přes 1 metr každou sekundu)

Poplatek (q1, q2): Coulumb (1 Coulomb se rovná 6,28 X 10¹⁸ elektrony)
Vzdálenost (d): Metr (měrná jednotka v metrickém systému)

K: Dielektrická konstanta je určena elektrostatickou rejekční silou ve dvou nábojích stejné velikosti, která ve vakuu je 8,988 X 10⁹ Newton, za každý metr na druhou a děleno druhou mocninou zatížení. Z praktických důvodů je hodnota zaokrouhlena na 9 X 10⁹ Nm²/ q². Pak budeme mít následující vzorce:

F = (k) q₁ Protože₂ Pro pevné vzdálenosti.
F = (k) q₁ Protože₂ / d² pro proměnné vzdálenosti.

Pokud vytvoříme tento poslední vzorec, budeme mít:

F = (9X10⁹ m² / q²) Protože₁ Protože₂ / d²

Tento vzorec platí pro Prázdnotu. V případě, že jsou náboje v jiném médiu, bude konstanta vydělena dielektrickým koeficientem média. Vzorce pak budou následující:

F = (k / e) q₁ Protože₂ Pro pevné vzdálenosti.
F = (k / e) q₁ Protože₂ / d² pro proměnné vzdálenosti.

Dielektrická konstanta některých látek:

Prázdné: 1
Vzduch: 1
Vosk: 1.8
Voda: 80
Alkohol: 15
Papír: 1.5
Parafín: 2.1

4 příklady Coulombova zákona:

Příklad 1.

Vypočítejte sílu, s jakou odpuzují dvě koule s náboji 3 X 10^-5 Coulomb a 5 x 10^-5, ve vzdálenosti 40 centimetrů, ve vakuu.

F =?
co₁ = 1 X 10^-5
co₂ = 1 X 10^-5
d = 0,4 metru
k = 9 X 10⁹ m²/ d²
co₁ Protože₂ = (3 X 10^-3) (5 X 10^-5) = 1 X 10^-10
d² = 0,16 m
co₁ Protože₂ / d^{2 =}1 X 10^-8/0,16 = 6,25 X 10^-10
k x (q₁ Protože₂ / d²) = (9 X 10⁹) (6.25/10-¹⁰) = 5 625 N.

Příklad 2

Vypočítejte pomocí stejných údajů z předchozího příkladu sílu, s níž jsou odpuzovány náboje za hodinu se stejnými náboji 2,5 X 10^-6 Coulomb.

F =?
co₁ = 2,5 x 10^-6
co₂ = 2,5 x 10^-6
d = 0,4 metru
k = 9 X 10⁹ m²/ d²
co₁ Protože₂ = (2,5 x 10^-6) (2,5 x 10^-6) = 6,25 X 10^-12
d² = 0,16 m
co₁ Protože₂ / d^{2 =}15 x 10^-8/0,16 = 39,0625 X 10^-12
k x (q₁ Protože₂ / d²) = (9 X 10⁹) (39,0625 X 10^-12) = 0,315 N. (31,5 x 10^-2 N)

Příklad 3

Pomocí stejných údajů jako v příkladu 2 vypočítejte odpudivou sílu na dvojnásobnou vzdálenost, tj. Na 80 centimetrů.

F =?
co₁ = 2,5 x 10^-6
co₂ = 2,5 x 10^-6
d = 0,8 metru
k = 9 X 10⁹ m²/ d²
co₁ Protože₂ = (2,5 x 10^-6) (2,5 x 10^-6) = 6,25 X 10^-12
d² = 0,64 m
co₁ Protože₂ / d^{2 =}15 x 10^-8/0,16 = 9,765625 X 10^-12
k x (q₁ Protože₂ / d²) = (9 X 10⁹) (9,765625 X 10^-12) = 0,0878 N. (8,78 X10^-2 N)

Příklad 4

Vypočítejte příklad 3, v jiném dielektrickém médiu, nyní v alkoholu.

F =?
co₁ = 2,5 x 10^-6
co₂ = 2,5 x 10^-6
d = 0,8 metru
k = 9 X 10⁹ m²/ d²
e = 15
co₁ Protože₂ = (2,5 x 10^-6) (2,5 x 10^-6) = 6,25 X 10^-12
d² = 0,64 m
co₁ Protože₂ / 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 Protože₂ / d²) = (6 X 10⁸) (9,765625 X 10^-12) = 0,00586 N (5,86 X 10^-3 N)