Exemple de la loi de Coulomb

La loi de Coulum a d'abord été produite par la création de l'équilibre des Coulum qui a été créé par le scientifique français Charles Augustin Coulomb, a inventé une balance pour étudier la torsion des fibres et des fils, plus tard cette même balance a été utilisée puis de reproduire dans un petit espace, les lois d'attraction et de charge statique qu'Isaac Newton et Johannes Kepler énoncent sur le rapport des forces de gravité entre les planètes

La balance de torsion se compose de deux cylindres de verre, l'un long et fin, au bout desquels une tige d'argent est suspendue. De l'autre côté de la tige qui est sur un cylindre plus large et avec une échelle numérique, il y a une autre tige horizontale, au bout de laquelle il a placé une boule de moelle de sureau. Au sommet de l'échelle, il y a un trou à travers lequel une autre sphère de moelle de sureau attachée à une tige est insérée.

Lorsque les deux tiges sont réunies sans charges statiques, il n'y a pas de forces d'attraction ou de répulsion, et elles restent au repos. Lorsqu'une charge leur est appliquée par une électrode, ils se rejetteront s'ils sont de signes égaux, ou ils se rapprocheront s'ils sont de signes opposés.

Cette expérience a ensuite été réalisée sur des sphères suspendues dans le vide. Ces expériences l'ont amené à exprimer la loi des charges électrostatiques, plus connue sous le nom de loi de Coulomb, qui dit: « La force que deux charges électriques exercent l'une sur l'autre est directement proportionnelle à la produit de leurs charges électrostatiques et inversement proportionnel au carré de la distance que le Arrêter."

Cela signifie que deux charges électrostatiques se repousseront avec une certaine force, qui est initialement calculée par le produit de la charge 1 et de la charge 2 (q₁ Parce que₂). Et cette force de répulsion variera directement en fonction de l'augmentation ou de la diminution des deux ou de l'une des charges, en considérant que la distance entre les sphères chargées est constante.

Lorsque la distance varie, la force variera en proportion inverse du carré de la distance, c'est-à-dire si, par exemple, les charges restent égale et la distance initiale est doublée, alors nous aurons 2 X 2 = 4 et sa relation inverse indique que la force sera de la force avec la distance 1.

Ceci s'explique par les formules suivantes :

F = q₁* quelle₂ pour une distance constante.
F = q₁* quelle₂/ ré² pour une distance variable.

De plus, il est nécessaire d'appliquer une constante (k), qui nous permettra de déterminer la force qui agit toujours par rapport à la charge. Cette constante est déterminée par la force répulsive, la distance, la charge et le milieu qui divise les charges, qui Il peut avoir différents degrés de conductivité en raison de sa conductivité et de sa densité, appelée coefficient diélectrique.

UNITÉS DE MESURE. Comme dans tous les calculs de grandeurs physiques, nous utilisons différentes unités de mesure. Pour ces calculs, les unités sont les suivantes :

F: Newton (1 newton est égal à la force nécessaire pour déplacer 1 kilogramme sur 1 mètre chaque seconde)

Charge (q1, q2): Coulumb (1 Coulomb équivaut à 6,28 X 10¹⁸ électrons)
Distance (d): Mètre (Unité de mesure dans le système métrique)

K: La constante diélectrique est déterminée par la force de rejet électrostatique dans deux charges de même amplitude, qui dans le vide est de 8,988 X 10⁹ Newton, pour chaque mètre carré et divisé par le carré de la charge. Pour des raisons pratiques, la valeur est arrondie à 9 X 10⁹ Nm²/ q². On aura alors les formules suivantes :

F = (k) q₁ Parce que₂ Pour distances fixes.
F = (k) q₁ Parce que₂ / ré² pour des distances variables.

Si nous développons cette dernière formule, nous aurons :

F = (9X10⁹ m² / q²) Parce que₁ Parce que₂ / ré²

Cette formule est valable pour le Vide. Dans le cas où les charges sont dans un milieu différent, alors la constante sera divisée par le coefficient diélectrique du milieu. Les formules seront alors les suivantes :

F = (k / e) q₁ Parce que₂ Pour distances fixes.
F = (k / e) q₁ Parce que₂ / ré² pour des distances variables.

Constante diélectrique de certaines substances :

Vide: 1
Aérien: 1
Cire: 1,8
Eau: 80
Alcool: 15
Papier: 1,5
Paraffine: 2,1

4 exemples de la loi de Coulomb :

Exemple 1.

Calculer la force avec laquelle deux sphères avec des charges de 3 X 10 se repoussent^-5 Coulomb et 5 X 10^-5, à une distance de 40 centimètres, dans le vide.

F =?
quelle₁ = 1 X 10^-5
quelle₂ = 1 X 10^-5
d = 0,4 mètres
k = 9 X 10⁹ m²/ ré²
quelle₁ Parce que₂ = (3 X 10^-3) (5 X 10^-5) = 1 X 10^-10
ré² = 0,16 m
quelle₁ Parce que₂ / ré^{2 =}1X10^-8/0,16 = 6,25 X 10^-10
kx (q₁ Parce que₂ / ré²) = (9 X 10⁹) (6.25/10-¹⁰) = 5 625 N.

Exemple 2

Calculer avec les mêmes données de l'exemple précédent, la force avec laquelle les charges sont repoussées par heure avec des charges égales de 2,5 X 10^-6 Coulomb.

F =?
quelle₁ = 2,5 X 10^-6
quelle₂ = 2,5 X 10^-6
d = 0,4 mètres
k = 9 X 10⁹ m²/ ré²
quelle₁ Parce que₂ = (2,5 X 10^-6) (2,5 X 10^-6) = 6,25 X 10^-12
ré² = 0,16 m
quelle₁ Parce que₂ / ré^{2 =}15 X 10^-8/0,16 = 39,0625 X 10^-12
kx (q₁ Parce que₂ / ré²) = (9 X 10⁹) (39.0625 X 10^-12) = 0,315 N. (31,5 X 10^-2 N)

Exemple 3

En utilisant les mêmes données que dans l'exemple 2, calculez la force de répulsion à deux fois la distance, c'est-à-dire à 80 centimètres.

F =?
quelle₁ = 2,5 X 10^-6
quelle₂ = 2,5 X 10^-6
d = .8 mètres
k = 9 X 10⁹ m²/ ré²
quelle₁ Parce que₂ = (2,5 X 10^-6) (2,5 X 10^-6) = 6,25 X 10^-12
ré² = 0,64 m
quelle₁ Parce que₂ / ré^{2 =}15 X 10^-8/0,16 = 9,765625 X 10^-12
kx (q₁ Parce que₂ / ré²) = (9 X 10⁹) (9.765625 X 10^-12) = 0,0878 N. (8,78 X10^-2 N)

Exemple 4

Calculez l'exemple 3, dans un milieu diélectrique différent, maintenant dans l'alcool.

F =?
quelle₁ = 2,5 X 10^-6
quelle₂ = 2,5 X 10^-6
d = .8 mètres
k = 9 X 10⁹ m²/ ré²
e = 15
quelle₁ Parce que₂ = (2,5 X 10^-6) (2,5 X 10^-6) = 6,25 X 10^-12
ré² = 0,64 m
quelle₁ Parce que₂ / ré^{2 =}15 X 10^-8/0,16 = 9,765625 X 10^-12
k / e = (9 X 10⁹) / 15 = 6 X 10⁸
k X (q₁ Parce que₂ / ré²) = (6 X 10⁸) (9.765625 X 10^-12) = 0,00586 N (5,86 X 10^-3 N)