Coulombs loveksempel

Coulums lov blev først produceret ved oprettelsen af ​​balancen mellem Coulum som blev skabt af den franske videnskabsmand Charles Augustin Coulomb, opfandt en balance for at studere vridningen af ​​fibre og ledninger, senere blev den samme balance brugt så for at reproducere i et lille rum de love om tiltrækning og statisk ladning, som Isaac Newton og Johannes Kepler fortalte om forholdet mellem tyngdekræfterne mellem planeter

Torsionsbalancen består af to glasflasker, en lang og tynd, i slutningen af ​​hvilken en sølvstang er ophængt. På den anden side af stangen, der er på en bredere cylinder og med en numerisk skala, er der en anden vandret stang, i slutningen af ​​hvilken han placerede en kugle af ældre marv. Øverst på skalaen er der et hul, hvorigennem en anden kugle af hyldebær, der er fastgjort til en stang, indsættes.

Når begge stænger bringes sammen uden statiske ladninger, er der ingen kræfter til tiltrækning eller frastødning, og de forbliver i ro. Når en ladning påføres dem af en elektrode, vil de afvise hinanden, hvis de har lige tegn, eller de vil komme tættere på, hvis de har modsatte tegn.

Dette eksperiment blev derefter udført på kugler suspenderet i vakuum. Disse eksperimenter fik ham til at udtrykke loven om elektrostatiske ladninger, bedre kendt som Coulomb lov, der siger: ”Den kraft, som to elektriske ladninger udøver på hinanden, er direkte proportional med produkt af deres elektrostatiske ladninger og omvendt proportional med kvadratet for den afstand, som At stoppe."

Dette betyder, at to elektrostatiske ladninger afviser hinanden med en bestemt kraft, som oprindeligt beregnes af produktet af ladning 1 og ladning 2 (q₁ Fordi₂). Og denne frastødningskraft vil variere direkte som en funktion af stigningen eller faldet af begge eller en af ​​ladningerne, i betragtning af at afstanden mellem de ladede kugler er konstant.

Når afstanden varierer, vil kraften variere i omvendt forhold til afstandens kvadrat, det vil sige, hvis f.eks. Ladningerne forbliver lige og den indledende afstand fordobles, så har vi 2 X 2 = 4, og dens omvendte forhold indikerer, at kraften vil være ¼ af kraften med afstanden 1.

Dette forklares med følgende formler:

F = q₁* hvad₂ for en konstant afstand.
F = q₁* hvad₂/ d² for en variabel afstand.

Derudover er det nødvendigt at anvende en konstant (k), som giver os mulighed for at bestemme den kraft, der altid virker i forhold til belastningen. Denne konstant bestemmes af den frastødende kraft, afstanden, ladningen og mediet, der deler ladningerne, som Det kan have forskellige grader af ledningsevne på grund af dets ledningsevne og densitet, som kaldes koefficienten dielektrisk.

MÅLENHEDER. Som i alle beregninger af fysiske størrelser bruger vi forskellige måleenheder. For disse beregninger er enhederne som følger:

F: Newton (1 newton er lig med den nødvendige kraft til at bevæge sig 1 kg gennem 1 meter hvert sekund)

Opladning (q1, q2): Coulumb (1 Coulomb er lig med 6,28 X 10¹⁸ elektroner)
Afstand (d): Meter (måleenhed i det metriske system)

K: Den dielektriske konstant bestemmes af den elektrostatiske afvisningskraft i to ladninger af samme størrelse, som i vakuum er 8,988 X 10⁹ Newton, for hver meter i kvadrat og divideret med lastens firkant. Til praktiske formål afrundes værdien til 9 X 10⁹ Nm²/ q². Derefter har vi følgende formler:

F = (k) q₁ Fordi₂ For faste afstande.
F = (k) q₁ Fordi₂ / d² for variable afstande.

Hvis vi udvikler denne sidste formel, har vi:

F = (9X10⁹ m² / q²) Fordi₁ Fordi₂ / d²

Denne formel er gyldig for ugyldigheden. I tilfælde af, at ladningerne er i et andet medium, divideres konstanten med mediumets dielektriske koefficient. Formlerne vil derefter være som følger:

F = (k / e) q₁ Fordi₂ For faste afstande.
F = (k / e) q₁ Fordi₂ / d² for variable afstande.

Dielektrisk konstant for nogle stoffer:

Tom: 1
Luft: 1
Voks: 1,8
Vand: 80
Alkohol: 15
Papir: 1.5
Paraffin: 2.1

4 eksempler på Coulombs lov:

Eksempel 1.

Beregn kraften, hvormed to kugler med ladninger på 3 X 10 frastøder^-5 Coulomb og 5 X 10^-5i en afstand af 40 centimeter i vakuum.

F =?
hvad₁ = 1 X 10^-5
hvad₂ = 1 X 10^-5
d = .4 meter
k = 9 X 10⁹ m²/ d²
hvad₁ Fordi₂ = (3 X 10^-3) (5 X 10^-5) = 1 X 10^-10
d² = 0,16 m
hvad₁ Fordi₂ / d^{2 =}1 X 10^-8/0,16 = 6,25 X 10^-10
k x (q₁ Fordi₂ / d²) = (9 X 10⁹) (6.25/10-¹⁰) = 5.625 N.

Eksempel 2

Beregn med de samme data som i det foregående eksempel, den kraft, hvormed ladningerne frastødes pr. Time med lige store ladninger på 2,5 X 10^-6 Coulomb.

F =?
hvad₁ = 2,5 X 10^-6
hvad₂ = 2,5 X 10^-6
d = .4 meter
k = 9 X 10⁹ m²/ d²
hvad₁ Fordi₂ = (2,5 X 10^-6(2,5 X 10^-6) = 6,25 X 10^-12
d² = 0,16 m
hvad₁ Fordi₂ / d^{2 =}15 X 10^-8/0,16 = 39,0625 X 10^-12
k x (q₁ Fordi₂ / d²) = (9 X 10⁹) (39,0625 X 10^-12) = 0,315 N. (31,5 x 10^-2 N)

Eksempel 3

Ved hjælp af de samme data som i eksempel 2 beregner du frastødningskraften dobbelt så langt, det vil sige ved 80 centimeter.

F =?
hvad₁ = 2,5 X 10^-6
hvad₂ = 2,5 X 10^-6
d = .8 meter
k = 9 X 10⁹ m²/ d²
hvad₁ Fordi₂ = (2,5 X 10^-6(2,5 X 10^-6) = 6,25 X 10^-12
d² = 0,64 m
hvad₁ Fordi₂ / d^{2 =}15 X 10^-8/0,16 = 9,765625 X 10^-12
k x (q₁ Fordi₂ / d²) = (9 X 10⁹) (9,765625 X 10^-12= 0,0878 N. (8,78 X10^-2 N)

Eksempel 4

Beregn eksempel 3 i et andet dielektrisk medium, nu i alkohol.

F =?
hvad₁ = 2,5 X 10^-6
hvad₂ = 2,5 X 10^-6
d = .8 meter
k = 9 X 10⁹ m²/ d²
e = 15
hvad₁ Fordi₂ = (2,5 X 10^-6(2,5 X 10^-6) = 6,25 X 10^-12
d² = 0,64 m
hvad₁ Fordi₂ / 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 Fordi₂ / d²) = (6 X 10⁸) (9,765625 X 10^-12) = 0,00586 N (5,86 X 10^-3 N)