Esempio di legge di Coulomb

La legge di Coulum è stata prodotta per la prima volta dalla creazione dell'equilibrio di Coulum che è stato creato dallo scienziato francese Charles Augustin Coulomb, ha inventato una bilancia per studiare la torsione di fibre e fili, in seguito questa stessa bilancia è stata utilizzata poi di riprodurre in poco spazio le leggi di attrazione e di carica statica che Isaac Newton e Johannes Kepler enunciavano sul rapporto delle forze di gravità tra il pianeti

La bilancia di torsione è costituita da due cilindri di vetro, uno lungo e sottile, all'estremità dei quali è sospesa un'asta d'argento. Dall'altra parte dell'asta, che è su un cilindro più largo e con una scala numerica, c'è un'altra asta orizzontale, all'estremità della quale pose una palla di midollo di sambuco. In cima alla scala, c'è un foro attraverso il quale viene inserita un'altra sfera di midollo di sambuco attaccata ad un'asta.

Quando entrambe le aste sono unite senza cariche statiche, non ci sono forze di attrazione o repulsione e rimangono a riposo. Quando viene loro applicata una carica da un elettrodo, si rifiuteranno l'un l'altro se sono di segno uguale, o si avvicineranno se sono di segno opposto.

Questo esperimento è stato poi condotto su sfere sospese nel vuoto. Questi esperimenti lo portarono ad esprimere la legge delle cariche elettrostatiche, meglio conosciuta come legge di Coulomb, che dice: “La forza che due cariche elettriche esercitano l'una sull'altra è direttamente proporzionale alla prodotto delle loro cariche elettrostatiche e inversamente proporzionale al quadrato della distanza che il Fermare."

Ciò significa che due cariche elettrostatiche si respingono con una certa forza, che viene inizialmente calcolata dal prodotto della carica 1 e della carica 2 (q₁ Come mai₂). E questa forza di repulsione varierà direttamente in funzione dell'aumento o della diminuzione di entrambe o di una delle cariche, considerando che la distanza tra le sfere cariche è costante.

Al variare della distanza, la forza varierà in proporzione inversa al quadrato della distanza, cioè se, ad esempio, le cariche rimangono uguale e la distanza iniziale è raddoppiata, allora avremo 2 X 2 = 4 e la sua relazione inversa indica che la forza sarà ¼ della forza con distanza 1.

Questo è spiegato con le seguenti formule:

F = q₁* che cosa₂ per una distanza costante.
F = q₁* che cosa₂/ D² per una distanza variabile.

Inoltre, è necessario applicare una costante (k), che ci permetterà di determinare la forza che agisce sempre in relazione al carico. Questa costante è determinata dalla forza repulsiva, dalla distanza, dalla carica e dal mezzo che divide le cariche, che può avere diversi gradi di conduttività a causa della sua conduttività e densità, che è chiamata coefficiente dielettrico.

UNITÀ DI MISURA. Come in tutti i calcoli di grandezze fisiche, utilizziamo varie unità di misura. Per questi calcoli, le unità sono le seguenti:

F: Newton (1 newton è uguale alla forza necessaria per spostare 1 chilogrammo per 1 metro ogni secondo)

Carica (q1, q2): Coulumb (1 Coulomb equivale a 6,28 X 10¹⁸ elettroni)
Distanza (d): Metro (Unità di misura nel sistema metrico)

K: La costante dielettrica è determinata dalla forza di reiezione elettrostatica in due cariche della stessa grandezza, che nel vuoto è 8,988 X 10⁹ Newton, per ogni metro quadrato e diviso per il quadrato del carico. Per motivi pratici, il valore è arrotondato a 9 X 10⁹ Nm²/ Q². Avremo quindi le seguenti formule:

F = (k) q₁ Come mai₂ Per distanze fisse.
F = (k) q₁ Come mai₂ / D² per distanze variabili.

Se sviluppiamo quest'ultima formula, avremo:

F = (9X10⁹ m² / Q²) Come mai₁ Come mai₂ / D²

Questa formula è valida per il Vuoto. Nel caso in cui le cariche si trovino in un mezzo diverso, la costante sarà divisa per il coefficiente dielettrico del mezzo. Le formule saranno quindi le seguenti:

F = (k / e) q₁ Come mai₂ Per distanze fisse.
F = (k / e) q₁ Come mai₂ / D² per distanze variabili.

Costante dielettrica di alcune sostanze:

Vuoto: 1
Aria: 1
Cera: 1,8
Acqua: 80
Alcol: 15
Carta: 1,5
Paraffina: 2.1

4 esempi di legge di Coulomb:

Esempio 1.

Calcola la forza con cui due sfere con carica 3 X 10 si respingono^-5 Coulomb e 5 X 10^-5, a una distanza di 40 centimetri, nel vuoto.

F =?
che cosa₁ = 1 X 10^-5
che cosa₂ = 1 X 10^-5
d = 0,4 metri
k = 9 X 10⁹ m²/ D²
che cosa₁ Come mai₂ = (3 X 10^-3) (5 X 10^-5) = 1 X 10^-10
D² = 0,16 m
che cosa₁ Come mai₂ / D^{2 =}1X10^-8/0.16 = 6.25 X 10^-10
k x (q₁ Come mai₂ / D²) = (9 X 10⁹) (6.25/10-¹⁰) = 5.625 N.

Esempio 2

Calcola con gli stessi dati dell'esempio precedente, la forza con cui le cariche vengono respinte all'ora con cariche uguali di 2,5 X 10^-6 Coulomb.

F =?
che cosa₁ = 2,5 X 10^-6
che cosa₂ = 2,5 X 10^-6
d = 0,4 metri
k = 9 X 10⁹ m²/ D²
che cosa₁ Come mai₂ = (2,5 X 10^-6) (2,5 X 10^-6) = 6,25 X 10^-12
D² = 0,16 m
che cosa₁ Come mai₂ / D^{2 =}15 X 10^-8/0.16 = 39.0625 X 10^-12
k x (q₁ Come mai₂ / D²) = (9 X 10⁹) (39.0625 X 10^-12) = 0,315 N. (31,5 X 10^-2 N)

Esempio 3

Usando gli stessi dati dell'esempio 2, calcola la forza di repulsione al doppio della distanza, cioè a 80 centimetri.

F =?
che cosa₁ = 2,5 X 10^-6
che cosa₂ = 2,5 X 10^-6
d = 0,8 metri
k = 9 X 10⁹ m²/ D²
che cosa₁ Come mai₂ = (2,5 X 10^-6) (2,5 X 10^-6) = 6,25 X 10^-12
D² = 0,64 m
che cosa₁ Come mai₂ / D^{2 =}15 X 10^-8/0.16 = 9.765625 X 10^-12
k x (q₁ Come mai₂ / D²) = (9 X 10⁹) (9.765625 X 10^-12) = 0,0878 N. (8.78X10^-2 N)

Esempio 4

Calcola l'esempio 3, in un mezzo dielettrico diverso, ora in alcool.

F =?
che cosa₁ = 2,5 X 10^-6
che cosa₂ = 2,5 X 10^-6
d = 0,8 metri
k = 9 X 10⁹ m²/ D²
e = 15
che cosa₁ Come mai₂ = (2,5 X 10^-6) (2,5 X 10^-6) = 6,25 X 10^-12
D² = 0,64 m
che cosa₁ Come mai₂ / 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 Come mai₂ / D²) = (6 X 10⁸) (9.765625 X 10^-12) = 0,00586 N (5,86 X 10^-3 N)