Esempio di legge di Coulumb

Il Legge di Coulumb, nota anche come Legge delle Cariche Elettriche, è una legge dell'elettrostatica che consiste nella scoperta che la le cariche con lo stesso segno si respingono e le cariche con il segno opposto si attraggono. La legge di Colombo era scoperto da lo scienziato francese Carlos Agustín de Coulumb nel 1795. La scoperta è avvenuta dopo aver osservato come reagiva una sfera caricata elettricamente in a equilibrio di torsione, allontanandosi o avvicinandosi, quando un'altra sfera anche con carica si avvicinò ad essa elettrico. Le cariche elettriche venivano passate alle sfere sfregando un'asta su diversi materiali, come lana, seta e altre fibre.

Come conseguenza delle sue osservazioni, si rese conto che quando due cariche elettriche con lo stesso segno interagiscono, questo è entrambi sono positivi o entrambi sono negativi, tendono a separarsi, cioè si respingono e quando le cariche sono di segno opposto si attraggono. Si rese anche conto che la forza con cui si attraggono o si respingono è in relazione alla carica elettrica e alla distanza alla quale si trovano le cariche. Lo ha affermato come segue:

La forza attrattiva o repulsiva tra due cariche elettriche è direttamente proporzionale alla carica elettrica e inversamente proporzionale al quadrato della distanza che le separa.

Ciò significa che maggiore è la carica, maggiore è la forza con cui si attraggono o si respingono e maggiore è la distanza tra le cariche, minore è la forza di attrazione.

Un altro fattore che influenza la forza di attrazione è l'ambiente circostante, poiché la conducibilità elettrica varia a seconda dell'ambiente. Questo valore della conducibilità del mezzo è chiamato costante dielettrica.

Le forze attrattive o repulsive si calcolano con la seguente formula:

I valori sono i seguenti:

F: è la forza che andremo a calcolare.

k: è la costante dielettrica, cioè la conducibilità del mezzo che circonda le cariche elettriche. Per aria e vuoto, il suo valore è 9 X 10⁶ Nm²/ C².

che cosa₁, che cosa₂: Sono le cariche elettriche da considerare, medie in Coulumbs. Il Coulumb è la misura della carica elettrica, che può avere un valore positivo o negativo. Il valore di un Coulumb è 6.241509 X 10¹⁸ elettroni. Se il valore è negativo (carica negativa), significa che la sua carica può cedere elettroni. Se il suo valore è positivo (carica positiva), significa che può assorbire elettroni. Le cariche sono generalmente misurate in sottomultipli, come milliCoulumbs (mC) o microCoulumbs (mC)

d: è la distanza tra le cariche, misurata in metri. Possono anche essere misurati in sottomultipli, come centimetri (cm), millimetri (mm) o micron o micrometri (mm).

Esempi di calcolo della legge di Coulumb:

Esempio 1: Se abbiamo due cariche elettriche di 5 mC e 7 mC, separate da 3 mm, determina se si attraggono o si respingono e calcola la forza con cui lo fanno.

Poiché le due cariche sono positive, cioè dello stesso segno, si respingono (cariche dello stesso segno si attraggono).

Ora scriviamo i valori che sostituiremo nella formula Sostituiremo i sottomultipli per potenze della forma 10^X, per semplificare i calcoli:

k = 9 X 10⁹ Nm²/ C²
che cosa₁ = 5 mC = 5 X 10^-3 C
che cosa₂ = 7 mC = 7 X 10^-3 C
d = 3mm = 3 X 10^-3 m

Ora eseguiamo le operazioni, partendo dalle moltiplicazioni del secondo membro:

(che cosa₁) (che cosa₂) = (5 X 10^-3) (7 X 10^-3) = 35 X 10^-6 C
d² = (3 X 10^-3)² = 9 X 10^-6

Facciamo la divisione:

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

Moltiplichiamo il risultato per la costante:

(9 X 10⁹) (3,88) = 34,92 X 10⁹ no

Esempio 2: Calcolare la distanza tra le cariche, se sappiamo che esiste una forza attrattiva di -25 X 10⁵ N e le cariche sono 2mC e -4mC.

In questo esempio, poiché conosciamo i valori di F e k, ciò che dobbiamo fare prima è dividere F per k, per scoprire quanto è il valore di [(q₁) (che cosa₂)] / d²:

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

Sappiamo già che il valore di [(q₁) (che cosa₂)] / d² è 2,77 X 10^-4

Ora divideremo questo risultato per il valore delle cariche.

(che cosa₁) (che cosa₂) = (2 X10^-3) (- 4 X 10^-3) = -8 X 10^-6

Ora dividiamo 2.77 X10^-4 tra -8 X 10^-6

2.77 X10^-4 / -8 X 10^-6 = 0,34625 X10² = 34.625

Ricordiamo che questo risultato è d², quindi dobbiamo calcolare la radice quadrata per ottenere la distanza in metri:

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