Kulona likuma piemērs

Koulula likums vispirms tika izveidots, izveidojot līdzsvaru Koulula kuru izveidoja franču zinātnieks Čārlzs Augustins Kulons, izgudroja līdzsvaru šķiedru un stiepļu vērpes izpētei, vēlāk šo pašu līdzsvaru izmantoja tad nelielā telpā atveidot pievilcības un statiskā lādiņa likumus, kurus Īzaks Ņūtons un Johanness Keplers izteica par gravitācijas spēku attiecībām starp planētas

Vērpes līdzsvars sastāv no diviem stikla cilindriem, no kuriem viens ir garš un plāns, un kuru galā ir piestiprināts sudraba stienis. Otrā stieņa pusē, kas atrodas uz platāka cilindra un ar skaitlisko skalu, ir vēl viens horizontāls stienis, kura galā viņš ievietoja vecāko smadzeņu bumbu. Skalas augšdaļā ir caurums, caur kuru tiek ievietota vēl viena stieņa piestiprināta plūškoka kauliņu sfēra.

Kad abi stieņi tiek apvienoti bez statiskiem lādiņiem, nav pievilcības vai atgrūšanas spēku, un tie paliek mierā. Kad elektrods viņiem pieliek lādiņu, viņi noraida viens otru, ja tiem ir vienādas zīmes, vai tuvosies, ja tiem ir pretējas zīmes.

Pēc tam šo eksperimentu veica ar sfērām, kas suspendētas vakuumā. Šie eksperimenti lika viņam izteikt elektrostatisko lādiņu likumu, kas labāk pazīstams kā Kulonas likums, kurā teikts: “Spēks, ko divi elektriskie lādiņi iedarbojas viens uz otru, ir tieši proporcionāls to elektrostatisko lādiņu reizinājums un apgriezti proporcionāls attāluma kvadrātam Apstāties."

Tas nozīmē, ka divi elektrostatiskie lādiņi viens otru atgrūdīs ar noteiktu spēku, ko sākotnēji aprēķina pēc lādiņa 1 un lādiņa 2 reizinājuma (q₁ Tā kā₂). Un šis atgrūšanas spēks mainīsies tieši atkarībā no abu vai vienas no lādiņu palielināšanās vai samazināšanās, ņemot vērā, ka attālums starp uzlādētajām sfērām ir nemainīgs.

Mainoties attālumam, spēks mainīsies apgriezti proporcionāli attāluma kvadrātam, tas ir, ja, piemēram, paliek lādiņi vienāds un sākotnējais attālums ir dubultojies, tad mums būs 2 X 2 = 4, un tā apgrieztā attiecība norāda, ka spēks būs spēka ar attālumu ¼ 1.

To izskaidro ar šādām formulām:

F = q₁* kas₂ nemainīgā attālumā.
F = q₁* kas₂/ d² maināmam attālumam.

Turklāt ir jāpiemēro konstante (k), kas ļaus mums noteikt spēku, kas vienmēr darbojas attiecībā pret slodzi. Šo konstanti nosaka atgrūdošais spēks, attālums, lādiņš un vide, kas dala lādiņus, kuri Tam var būt dažādas vadītspējas pakāpes, pateicoties tā vadītspējai un blīvumam, ko sauc par koeficientu dielektrisks.

MĒRĪŠANAS VIENĪBAS. Tāpat kā visos fizisko lielumu aprēķinos, mēs izmantojam dažādas mērvienības. Šajos aprēķinos vienības ir šādas:

F: Ņūtons (1 ņūtons ir vienāds ar spēku, kas vajadzīgs, lai pārvietotu 1 kilogramu caur 1 metru sekundē)

Uzlāde (q1, q2): Kulons (1 Kulons ir vienāds ar 6,28 X 10¹⁸ elektroni)
Attālums (d): mērītājs (mērvienība metriskajā sistēmā)

K: Dielektrisko konstanti nosaka elektrostatiskais noraidīšanas spēks divos tāda paša lieluma lādiņos, kas vakuumā ir 8,988 X 10⁹ Ņūtons, par katru metru kvadrātā un dalīts ar slodzes kvadrātu. Praktiskiem nolūkiem vērtība tiek noapaļota līdz 9 X 10⁹ Nm²/ q². Tad mums būs šādas formulas:

F = (k) q₁ Tā kā₂ Fiksētiem attālumiem.
F = (k) q₁ Tā kā₂ / d² mainīgiem attālumiem.

Ja mēs izstrādāsim šo pēdējo formulu, mums būs:

F = (9X10⁹ m² / q²) Tāpēc, ka₁ Tā kā₂ / d²

Šī formula ir derīga Void. Gadījumā, ja lādiņi atrodas citā vidē, tad konstante tiks dalīta ar barotnes dielektrisko koeficientu. Formulas būs šādas:

F = (k / e) q₁ Tā kā₂ Fiksētiem attālumiem.
F = (k / e) q₁ Tā kā₂ / d² mainīgiem attālumiem.

Dažu vielu dielektriskā konstante:

Tukšs: 1
Gaiss: 1
Vasks: 1.8
Ūdens: 80
Alkohols: 15
Papīrs: 1.5
Parafīns: 2.1

4 Kulona likuma piemēri:

1. piemērs.

Aprēķiniet spēku, ar kuru atgrūž divas sfēras ar lādiņiem 3 X 10^-5 Kulons un 5 X 10^-5, 40 centimetru attālumā, vakuumā.

F =?
kas₁ = 1 X 10^-5
kas₂ = 1 X 10^-5
d =, 4 metri
k = 9 X 10⁹ m²/ d²
kas₁ Tā kā₂ = (3 X 10^-3) (5 X 10^-5) = 1 X 10^-10
d² = 0,16 m
kas₁ Tā kā₂ / d^{2 =}1 X 10^-8/0,16 = 6,25 x 10^-10
k x (q₁ Tā kā₂ / d²) = (9 X 10⁹) (6.25/10-¹⁰) = 5625 N.

2. piemērs

Aprēķiniet, izmantojot tos pašus iepriekšējā piemēra datus, spēku, ar kuru lādiņi tiek atvairīti stundā ar vienādiem lādiņiem 2,5 X 10^-6 Kulons.

F =?
kas₁ = 2,5 X 10^-6
kas₂ = 2,5 X 10^-6
d =, 4 metri
k = 9 X 10⁹ m²/ d²
kas₁ Tā kā₂ = (2,5 X 10^-6) (2,5 X 10^-6) = 6,25 x 10^-12
d² = 0,16 m
kas₁ Tā kā₂ / d^{2 =}15 X 10^-8/0,16 = 39,0625 X 10^-12
k x (q₁ Tā kā₂ / d²) = (9 X 10⁹) (39.0625 X 10^-12) = 0,315 N. (31,5 X 10^-2 N)

3. piemērs

Izmantojot tos pašus datus kā 2. piemērā, aprēķiniet atgrūšanas spēku divreiz lielākā attālumā, tas ir, 80 centimetros.

F =?
kas₁ = 2,5 X 10^-6
kas₂ = 2,5 X 10^-6
d = 0,8 metri
k = 9 X 10⁹ m²/ d²
kas₁ Tā kā₂ = (2,5 X 10^-6) (2,5 X 10^-6) = 6,25 x 10^-12
d² = 0,64 m
kas₁ Tā kā₂ / d^{2 =}15 X 10^-8/0,16 = 9,765625 X 10^-12
k x (q₁ Tā kā₂ / d²) = (9 X 10⁹) (9,765625 X 10^-12) = 0,0878 N. (8,78 X10^-2 N)

4. piemērs

Aprēķiniet 3. piemēru citā dielektriskā vidē, kas tagad ir spirta veidā.

F =?
kas₁ = 2,5 X 10^-6
kas₂ = 2,5 X 10^-6
d = 0,8 metri
k = 9 X 10⁹ m²/ d²
e = 15
kas₁ Tā kā₂ = (2,5 X 10^-6) (2,5 X 10^-6) = 6,25 x 10^-12
d² = 0,64 m
kas₁ Tā kā₂ / 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 Tā kā₂ / d²) = (6 X 10⁸) (9,765625 X 10^-12) = 0,00586 N (5,86 X 10^-3 N)