Kulona likuma piemērs

Kuluma likums vispirms tika izveidots, izveidojot līdzsvaru Coulum kuru radīja franču zinātnieks Šarls Augustins Kulons, izgudroja līdzsvaru, lai pētītu šķiedru un stiepļu vērpes, vēlāk šis pats līdzsvars tika izmantots pēc tam reproducēt mazā telpā pievilkšanās un statiskā lādiņa likumus, ko Īzaks Ņūtons un Johanness Keplers izteica par gravitācijas spēku attiecībām starp planētas

Vērpes svars sastāv no diviem stikla cilindriem, viens garš un plāns, kura galā ir piekārts sudraba stienis. Otrā stieņa pusē, kas atrodas uz platāka cilindra un ar skaitlisko skalu, atrodas vēl viens horizontāls stienis, kura galā viņš novietoja plūškoka smadzeņu lodi. Zvīņas augšpusē ir iedobums, caur kuru tiek ievietota vēl viena plūškoka serdes lode, kas piestiprināta pie stieņa.

Saliekot abus stieņus kopā bez statiskā lādiņa, nerodas pievilkšanas vai atgrūšanas spēki, un tie paliek miera stāvoklī. Ja elektrods tiem pieliek lādiņu, tie viens otru atraidīs, ja tiem ir vienādas zīmes, vai tuvosies, ja tiem ir pretējas zīmes.

Pēc tam šis eksperiments tika veikts ar sfērām, kas suspendētas vakuumā. Šie eksperimenti lika viņam izteikt elektrostatisko lādiņu likumu, kas labāk pazīstams kā Kulona 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 atgrūž ar noteiktu spēku, ko sākotnēji aprēķina ar lādiņa 1 un lādiņa 2 reizinājumu (q₁ Kāpēc₂). Un šis atgrūšanas spēks mainīsies tieši atkarībā no abu vai viena lādiņu pieauguma vai samazināšanās, ņemot vērā, ka attālums starp uzlādētajām sfērām ir nemainīgs.

Ja attālums mainās, spēks mainīsies apgriezti proporcionāli attāluma kvadrātam, tas ir, ja, piemēram, lādiņi paliek vienāds un sākotnējais attālums tiek dubultots, tad mums būs 2 X 2 = 4 un tā apgrieztā attiecība norāda, ka spēks būs ¼ no spēka ar attālumu 1.

To izskaidro ar šādām formulām:

F = q₁* kas₂ pastāvīgam attālumam.
F = q₁* kas₂/ d² mainīgam attālumam.

Turklāt ir jāpiemēro konstante (k), kas ļaus mums noteikt spēku, kas vienmēr darbojas attiecībā pret slodzi. Šo konstanti nosaka atgrūšanas spēks, attālums, lādiņš un vide, kas sadala lādiņus. tai var būt dažādas vadītspējas pakāpes tās vadītspējas un blīvuma dēļ, ko sauc par koeficientu dielektrisks.

MĒRVIENĪBAS. Tāpat kā visos fizisko lielumu aprēķinos, mēs izmantojam dažādas mērvienības. Šiem aprēķiniem mērvienības ir šādas:

F: Ņūtons (1 ņūtons ir vienāds ar spēku, kas nepieciešams, lai katru sekundi pārvietotu 1 kilogramu pa 1 metru)

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

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

F = (k) q₁ Kāpēc₂ Fiksētiem attālumiem.
F = (k) q₁ Kāpēc₂ / d² mainīgiem attālumiem.

Ja mēs izstrādāsim šo pēdējo formulu, mēs iegūsim:

F = (9x10⁹ m² / q²) Kāpēc₁ Kāpēc₂ / d²

Šī formula ir derīga tukšumam. Gadījumā, ja lādiņi atrodas citā vidē, konstante tiks dalīta ar vides dielektrisko koeficientu. Tad formulas būs šādas:

F = (k / e) q₁ Kāpēc₂ Fiksētiem attālumiem.
F = (k / e) q₁ Kāpēc₂ / 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.

Aprēķināt spēku, ar kādu atgrūžas 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 Kāpēc₂ = (3 x 10^-3) (5 x 10^-5) = 1 x 10^-10
d² = 0,16 m
kas₁ Kāpēc₂ / d^{2 =}1 x 10^-8/0,16 = 6,25 x 10^-10
k x (q₁ Kāpēc₂ / d²) = (9 x 10⁹) (6.25/10-¹⁰) = 5625 N.

2. piemērs

Aprēķiniet ar tiem pašiem iepriekšējā piemēra datiem spēku, ar kādu lādiņi tiek atgrūsti 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 Kāpēc₂ = (2,5 x 10^-6) (2,5 x 10^-6) = 6,25 x 10^-12
d² = 0,16 m
kas₁ Kāpēc₂ / d^{2 =}15 x 10^-8/0,16 = 39,0625 x 10^-12
k x (q₁ Kāpēc₂ / 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 centimetru attālumā.

F =?
kas₁ = 2,5 x 10^-6
kas₂ = 2,5 x 10^-6
d = ,8 metri
k = 9 x 10⁹ m²/ d²
kas₁ Kāpēc₂ = (2,5 x 10^-6) (2,5 x 10^-6) = 6,25 x 10^-12
d² = 0,64 m
kas₁ Kāpēc₂ / d^{2 =}15 x 10^-8/0,16 = 9,765625 x 10^-12
k x (q₁ Kāpēc₂ / d²) = (9 x 10⁹) (9,765625 x 10^-12) = 0,0878 N. (8,78 x 10^-2 N)

4. piemērs

Aprēķiniet 3. piemēru citā dielektriskā vidē, tagad spirtā.

F =?
kas₁ = 2,5 x 10^-6
kas₂ = 2,5 x 10^-6
d = ,8 metri
k = 9 x 10⁹ m²/ d²
e = 15
kas₁ Kāpēc₂ = (2,5 x 10^-6) (2,5 x 10^-6) = 6,25 x 10^-12
d² = 0,64 m
kas₁ Kāpēc₂ / 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 Kāpēc₂ / d²) = (6 x 10⁸) (9,765625 x 10^-12) = 0,00586 N (5,86 x 10^-3 N)