Coulombi seaduse näide

Coulumi seadus loodi kõigepealt tasakaalu loomisega Coulum mille lõi prantsuse teadlane Charles Augustin Coulomb, leiutas kiudude ja juhtmete torsiooni uurimiseks tasakaalu, hiljem kasutati seda sama tasakaalu seejärel reprodutseerida väikeses ruumis atraktiivsuse ja staatilise laengu seadused, mille Isaac Newton ja Johannes Kepler välja kuulutasid planeedid

Torsioonkaal koosneb kahest klaasist silindrist, millest üks on pikk ja õhuke, mille otsas riputatakse hõbedane varda. Laiemal silindril asuva ja numbrilise skaalaga varda teisel küljel on veel üks horisontaalne varda, mille otsa ta asetas vanema luu palli. Skaala ülaosas on auk, mille kaudu sisestatakse teine ​​varda külge kinnitatud leedripuu kera.

Kui mõlemad vardad on kokku viidud ilma staatiliste laenguteta, ei esine tõmbejõude ega tõrjumisjõude ning nad jäävad puhkama. Kui elektrood rakendab neile laengut, lükkavad nad üksteise tagasi, kui neil on võrdusmärgid, või lähevad, kui neil on vastupidised märgid.

Seejärel viidi see katse läbi vaakumis suspendeeritud keradega. Need katsed viisid ta väljendama elektrostaatiliste laengute seadust, paremini tuntud kui

Coulombi seadus, mis ütleb: „Jõud, mida kaks elektrilaengut üksteisele avaldavad, on otseselt proportsionaalne nende elektrostaatiliste laengute korrutis ja pöördvõrdeline kauguse ruuduga, mis Peatuma."

See tähendab, et kaks elektrostaatilist laengut tõrjuvad üksteist kindla jõuga, mis arvutatakse esialgu laengu 1 ja laengu 2 korrutisega (q₁ Sest₂). Ja see tõukejõud varieerub otseselt mõlema või ühe laengu suurenemise või vähenemise funktsioonina, arvestades, et laetud sfääride vaheline kaugus on konstantne.

Kui kaugus varieerub, varieerub jõud vastupidises proportsioonis kauguse ruuduga, st kui näiteks laengud jäävad võrdne ja algkaugus on kahekordistunud, siis on meil 2 X 2 = 4 ja selle pöördvõrdeline seos näitab, et jõud on kaugusega jõu ¼ 1.

Seda selgitatakse järgmiste valemitega:

F = q₁* mida₂ püsiva vahemaa tagant.
F = q₁* mida₂/ d² muutuva vahemaa tagant.

Lisaks on vaja rakendada konstanti (k), mis võimaldab meil määrata jõu, mis alati koormuse suhtes toimib. Selle konstandi määravad tõukejõud, kaugus, laeng ja laenguid jagav keskkond, mis sellel võib juhtivuse ja tiheduse tõttu olla erinev juhtivusaste, mida nimetatakse koefitsiendiks dielektriline.

MÕÕTÜHIKUD. Nagu kõigi füüsikaliste suuruste arvutuste puhul, kasutame ka siin erinevaid mõõtühikuid. Nende arvutuste jaoks on ühikud järgmised:

F: Newton (1 njuuton võrdub jõuga, mis on vajalik 1 kilogrammi läbimiseks 1 meetri kaugusel sekundis)

Laeng (q1, q2): Coulumb (1 Coulomb võrdub 6,28 X 10)¹⁸ elektronid)
Kaugus (d): meeter (mõõtühik meetermõõdustikus)

K: Dielektriline konstant määratakse elektrostaatilise tagasilükkamise jõu abil kahes sama suuruses laengus, mis vaakumis on 8,988 X 10⁹ Newton, iga meetri kohta ruut ja jagatud koorma ruuduga. Praktilistel eesmärkidel ümardatakse väärtus 9 X 10-ni⁹ Nm²/ q². Siis on meil järgmised valemid:

F = (k) q₁ Sest₂ Fikseeritud vahemaade jaoks.
F = (k) q₁ Sest₂ / d² muutuvate vahemaade jaoks.

Selle viimase valemi väljatöötamisel on meil:

F = (9x10⁹ m² / q²) Sest₁ Sest₂ / d²

See valem kehtib tühimiku kohta. Juhul, kui laengud on teises keskkonnas, jagatakse konstant keskkonna dielektrilise koefitsiendiga. Valemid on siis järgmised:

F = (k / e) q₁ Sest₂ Fikseeritud vahemaade jaoks.
F = (k / e) q₁ Sest₂ / d² muutuvate vahemaade jaoks.

Mõne aine dielektriline konstant:

Tühi: 1
Õhk: 1
Vaha: 1,8
Vesi: 80
Alkohol: 15
Paber: 1.5
Parafiin: 2.1

4 Coulombi seaduse näidet:

Näide 1.

Arvutage jõud, millega tõukuvad kaks kera 3 X 10 laenguga^-5 Coulomb ja 5 X 10^-5, 40 sentimeetri kaugusel, vaakumis.

F =?
mida₁ = 1 X 10^-5
mida₂ = 1 X 10^-5
d = 0,4 meetrit
k = 9 X 10⁹ m²/ d²
mida₁ Sest₂ = (3 X 10^-3) (5 X 10^-5) = 1 X 10^-10
d² = 0,16 m
mida₁ Sest₂ / d^{2 =}1 X 10^-8/0,16 = 6,25 x 10^-10
k x (q₁ Sest₂ / d²) = (9 X 10⁹) (6.25/10-¹⁰) = 5625 N.

Näide 2

Arvutage eelmise näite samade andmetega jõud, millega laengud tunnis tõrjutakse võrdsete laengutega 2,5 X 10^-6 Coulomb.

F =?
mida₁ = 2,5 X 10^-6
mida₂ = 2,5 X 10^-6
d = 0,4 meetrit
k = 9 X 10⁹ m²/ d²
mida₁ Sest₂ = (2,5 x 10^-6) (2,5 x 10^-6) = 6,25 x 10^-12
d² = 0,16 m
mida₁ Sest₂ / d^{2 =}15 X 10^-8/0,16 = 39,0625 X 10^-12
k x (q₁ Sest₂ / d²) = (9 X 10⁹) (39.0625 X 10^-12) = 0,315 N. (31,5 X 10^-2 N)

Näide 3

Kasutades samu andmeid nagu näites 2, arvutage tõukejõud kahekordsel kaugusel, see tähendab 80 sentimeetril.

F =?
mida₁ = 2,5 X 10^-6
mida₂ = 2,5 X 10^-6
d =, 8 meetrit
k = 9 X 10⁹ m²/ d²
mida₁ Sest₂ = (2,5 x 10^-6) (2,5 x 10^-6) = 6,25 x 10^-12
d² = 0,64 m
mida₁ Sest₂ / d^{2 =}15 X 10^-8/0,16 = 9,765625 X 10^-12
k x (q₁ Sest₂ / d²) = (9 X 10⁹) (9,765625 X 10^-12) = 0,0878 N. (8,78 X10^-2 N)

Näide 4

Arvutage näide 3 teises dielektrilises keskkonnas, nüüd alkoholis.

F =?
mida₁ = 2,5 X 10^-6
mida₂ = 2,5 X 10^-6
d =, 8 meetrit
k = 9 X 10⁹ m²/ d²
e = 15
mida₁ Sest₂ = (2,5 x 10^-6) (2,5 x 10^-6) = 6,25 x 10^-12
d² = 0,64 m
mida₁ Sest₂ / 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 Sest₂ / d²) = (6 X 10⁸) (9,765625 X 10^-12) = 0,00586 N (5,86 x 10^-3 N)