Παράδειγμα νόμου Coulomb

ο Ο νόμος του Coulumb, επίσης γνωστός ως νόμος των ηλεκτρικών φορτίων, είναι ένας νόμος των ηλεκτροστατικών που συνίσταται στην ανακάλυψη ότι το χρεώσεις με το ίδιο σήμα απωθούν και χρεώσεις με το αντίθετο σημάδι προσελκύουν. Ο νόμος του Κολόμπ ήταν ανακαλύφθηκε από ο Γάλλος επιστήμονας Carlos Agustín de Coulumb το 1795. Η ανακάλυψη ήρθε μετά από παρατήρηση του τρόπου με τον οποίο μια ηλεκτρικά φορτισμένη σφαίρα αντέδρασε σε ένα ισορροπία στρέψης, απομακρύνεται ή πλησιάζει, όταν μια άλλη σφαίρα με φορτίο πλησίασε ηλεκτρικός. Τα ηλεκτρικά φορτία μεταφέρθηκαν στις σφαίρες τρίβοντας μια ράβδο σε διαφορετικά υλικά, όπως μαλλί, μετάξι και άλλες ίνες.

Ως συνέπεια των παρατηρήσεών του, το συνειδητοποίησε αυτό όταν αλληλεπιδρούν δύο ηλεκτρικά φορτία με το ίδιο σήμα, αυτό είναι και τα δύο είναι θετικά ή και τα δύο είναι αρνητικά, τείνουν να διαχωρίζονται, δηλαδή, απωθούν και όταν οι χρεώσεις είναι αντίθετες πιάνουν. Συνειδητοποίησε επίσης ότι η δύναμη με την οποία προσελκύουν ή απωθούν το ένα το άλλο είναι σε σχέση με το ηλεκτρικό φορτίο και την απόσταση στην οποία βρίσκονται τα φορτία. Το δήλωσε ως εξής:

Η ελκυστική ή απωστική δύναμη μεταξύ δύο ηλεκτρικών φορτίων είναι ευθέως ανάλογη με το ηλεκτρικό φορτίο και αντιστρόφως ανάλογη προς το τετράγωνο της απόστασης που τα χωρίζει.

Αυτό σημαίνει ότι όσο μεγαλύτερο είναι το φορτίο, τόσο μεγαλύτερη είναι η δύναμη με την οποία προσελκύουν ή απωθούν το ένα το άλλο, και όσο μεγαλύτερη απόσταση υπάρχει μεταξύ των φορτίων, τόσο χαμηλότερη είναι η ελκυστική δύναμη.

Ένας άλλος παράγοντας που επηρεάζει τη δύναμη έλξης είναι το περιβάλλον περιβάλλον, καθώς η ηλεκτρική αγωγιμότητα ποικίλλει ανάλογα με το περιβάλλον. Αυτή η τιμή της αγωγιμότητας του μέσου ονομάζεται διηλεκτρική σταθερά.

Οι ελκυστικές ή απωθητικές δυνάμεις υπολογίζονται με τον ακόλουθο τύπο:

Οι τιμές είναι οι εξής:

F: είναι η δύναμη που πρόκειται να υπολογίσουμε.

k: είναι η διηλεκτρική σταθερά, δηλαδή η αγωγιμότητα του μέσου που περιβάλλει τα ηλεκτρικά φορτία. Για αέρα και κενό, η τιμή του είναι 9 X 10⁶ Νμ²/ Γ².

τι₁, τι₂: Είναι τα ηλεκτρικά φορτία που πρέπει να λάβετε υπόψη, οι μέσες τιμές στο Coulumbs. Το Coulumb είναι το μέτρο του ηλεκτρικού φορτίου, το οποίο μπορεί να έχει θετική ή αρνητική τιμή. Η τιμή ενός Coulumb είναι 6.241509 X 10¹⁸ ηλεκτρόνια. Εάν η τιμή είναι αρνητική (αρνητικό φορτίο), αυτό σημαίνει ότι το φορτίο του μπορεί να εγκαταλείψει τα ηλεκτρόνια. Εάν η τιμή του είναι θετική (θετικό φορτίο), αυτό σημαίνει ότι μπορεί να απορροφήσει ηλεκτρόνια. Οι χρεώσεις μετρώνται γενικά σε υποπολλαπλάσια, όπως milliCoulumbs (mC) ή microCoulumbs (mC)

d: είναι η απόσταση μεταξύ των φορτίων, μετρημένη σε μέτρα. Μπορούν επίσης να μετρηθούν σε υποπολλαπλάσια, όπως εκατοστά (cm), χιλιοστά (mm) ή μικρά ή μικρόμετρα (mm).

Παραδείγματα υπολογισμού του νόμου Coulumb:

Παράδειγμα 1: Εάν έχουμε δύο ηλεκτρικά φορτία των 5mC και 7mC, διαχωρισμένα με 3mm, προσδιορίστε εάν πρόκειται να προσελκύσουν ή να απωθήσουν το ένα το άλλο, και υπολογίστε τη δύναμη με την οποία το κάνουν.

Δεδομένου ότι οι δύο χρεώσεις είναι θετικές, δηλαδή, του ίδιου σημείου, θα απωθούν μεταξύ τους (οι χρεώσεις του ίδιου σημείου προσελκύουν).

Τώρα γράφουμε τις τιμές που θα αντικαταστήσουμε στον τύπο. Θα αντικαταστήσουμε τους πολλαπλασιασμούς για τις δυνάμεις της φόρμας 10^Χ, για απλοποίηση των υπολογισμών:

k = 9 Χ 10⁹ Νμ²/ Γ²
τι₁ = 5 mC = 5 Χ 10^-3 ντο
τι₂ = 7 mC = 7 Χ 10^-3 ντο
d = 3mm = 3 Χ 10^-3 Μ

Τώρα πραγματοποιούμε τις λειτουργίες, ξεκινώντας με τους πολλαπλασιασμούς του δεύτερου μέλους:

(τι₁) (τι₂) = (5 Χ 10^-3) (7 Χ 10^-3) = 35 Χ 10^-6 ντο
ρε² = (3 Χ 10^-3)² = 9 Χ 10^-6

Κάνουμε το τμήμα:

(35 Χ 10^-6) / (9 Χ 10^-6) = 3,88 Χ 10⁰ = 3.88

Πολλαπλασιάζουμε το αποτέλεσμα με τη σταθερά:

(9 Χ 10⁹) (3,88) = 34,92 Χ 10⁹ Ν

Παράδειγμα 2: Υπολογίστε την απόσταση μεταξύ των χρεώσεων, αν γνωρίζουμε ότι υπάρχει μια ελκυστική δύναμη -25 X 10⁵ N και οι χρεώσεις είναι 2mC και -4mC.

Σε αυτό το παράδειγμα, αφού γνωρίζουμε τις τιμές των F και k, αυτό που πρέπει πρώτα να κάνουμε είναι να διαιρέσουμε το F με το k, για να μάθουμε πόσο είναι η τιμή του [(q₁) (τι₂)] / δ²:

-25 / 9 = -2,77 Χ 10^5-9= 2,77 Χ 10^-4

Γνωρίζουμε ήδη ότι η τιμή του [(q₁) (τι₂)] / δ² είναι 2,77 X 10^-4

Τώρα πρόκειται να διαιρέσουμε αυτό το αποτέλεσμα με την αξία των χρεώσεων.

(τι₁) (τι₂) = (2 Χ10^-3) (- 4 Χ 10^-3) = -8 Χ 10^-6

Τώρα διαιρούμε το 2,77 X10^-4 μεταξύ -8 X 10^-6

2.77 Χ10^-4 / -8 Χ 10^-6 = 0,34625 X10² = 34.625

Θυμηθείτε ότι αυτό το αποτέλεσμα είναι d², οπότε πρέπει να υπολογίσουμε την τετραγωνική ρίζα για να λάβουμε την απόσταση σε μέτρα:

Μην ξεχάσετε να αφήσετε τα σχόλιά σας.