Przykład prawa Coulomba

Prawo Coulum zostało po raz pierwszy stworzone przez stworzenie równowagi Coulum który został stworzony przez francuskiego naukowca Charlesa Augustina Coulomba, wynalazł wagę do badania skręcania włókien i drutów, później użyto tej samej wagi następnie odtworzyć na małej przestrzeni prawa przyciągania i ładunku statycznego, które Isaac Newton i Johannes Kepler ogłosili na temat związku sił grawitacji między planety

Waga skrętna składa się z dwóch szklanych cylindrów, jednego długiego i cienkiego, na końcu których zawieszony jest srebrny pręt. Po drugiej stronie pręta, który jest na szerszym cylindrze i ze skalą numeryczną, jest drugi poziomy pręt, na końcu którego umieścił kulkę starszego szpiku. Na szczycie wagi znajduje się otwór, przez który wkładana jest kolejna kulka miąższu czarnego bzu przyczepiona do pręta.

Kiedy oba pręty są połączone bez ładunków statycznych, nie ma sił przyciągania ani odpychania i pozostają one w spoczynku. Kiedy ładunek zostanie do nich przyłożony przez elektrodę, odrzucą się nawzajem, jeśli mają znaki równości, lub zbliżą się, jeśli mają przeciwne znaki.

To doświadczenie przeprowadzono następnie na kulkach zawieszonych w próżni. Te eksperymenty doprowadziły go do wyrażenia prawa ładunków elektrostatycznych, lepiej znanego jako Prawo Coulomba, który mówi: „Siła, jaką wywierają na siebie dwa ładunki elektryczne, jest wprost proporcjonalna do iloczyn ich ładunków elektrostatycznych i odwrotnie proporcjonalny do kwadratu odległości, jaką Zatrzymać."

Oznacza to, że dwa ładunki elektrostatyczne będą się odpychać z pewną siłą, która jest początkowo obliczana przez iloczyn ładunku 1 i ładunku 2 (q₁ Dlaczego₂). I ta siła odpychania będzie się zmieniać bezpośrednio jako funkcja wzrostu lub spadku obu lub jednego z ładunków, biorąc pod uwagę, że odległość między naładowanymi kulami jest stała.

Gdy odległość się zmienia, siła będzie się zmieniać odwrotnie proporcjonalnie do kwadratu odległości, to znaczy, jeśli na przykład ładunki pozostaną równe i początkowa odległość jest podwojona, wtedy będziemy mieli 2 X 2 = 4 i jej odwrotna zależność wskazuje, że siła będzie równa ¼ siły z odległością 1.

Wyjaśniają to następujące formuły:

F = q₁* Co₂ na stałą odległość.
F = q₁* Co₂/ D² dla zmiennej odległości.

Dodatkowo konieczne jest zastosowanie stałej (k), która pozwoli nam wyznaczyć siłę, która zawsze działa w stosunku do obciążenia. Ta stała jest określona przez siłę odpychającą, odległość, ładunek i ośrodek, który dzieli ładunki, co może mieć różne stopnie przewodności ze względu na swoją przewodność i gęstość, która nazywa się współczynnikiem dielektryk.

JEDNOSTKI MIARY. Jak we wszystkich obliczeniach wielkości fizycznych, posługujemy się różnymi jednostkami miary. Dla tych obliczeń jednostki są następujące:

F: Newton (1 niuton jest równy sile potrzebnej do przemieszczenia 1 kilograma na 1 metr na sekundę)

Ładunek (q1, q2): Kulomb (1 Kulomb równa się 6,28 X 10¹⁸ elektrony)
Odległość (d): Metr (jednostka miary w systemie metrycznym)

K: Stała dielektryczna jest określona przez siłę odrzucenia elektrostatycznego w dwóch ładunkach tej samej wielkości, która w próżni wynosi 8,988 X 10⁹ Newton za każdy metr kwadratowy i podzielony przez kwadrat ładunku. Ze względów praktycznych wartość jest zaokrąglana do 9 X 10⁹ Nm²/ Q². Wtedy będziemy mieli następujące formuły:

F = (k) q₁ Dlaczego₂ Do stałych odległości.
F = (k) q₁ Dlaczego₂ / D² dla zmiennych odległości.

Jeśli rozwiniemy tę ostatnią formułę, będziemy mieli:

F = (9X10⁹ m² / Q²) Dlaczego₁ Dlaczego₂ / D²

Ta formuła obowiązuje dla Pustki. W przypadku, gdy ładunki znajdują się w innym ośrodku, stała zostanie podzielona przez współczynnik dielektryczny ośrodka. Formuły będą wtedy wyglądać następująco:

F = (k / e) q₁ Dlaczego₂ Do stałych odległości.
F = (k / e) q₁ Dlaczego₂ / D² dla zmiennych odległości.

Stała dielektryczna niektórych substancji:

Pusty: 1
Powietrze: 1
Wosk: 1,8
Woda: 80
Alkohol: 15
Papier: 1,5
Parafina: 2,1

4 przykłady prawa Coulomba:

Przykład 1.

Oblicz siłę, z jaką odpychają się dwie kule z ładunkami 3 X 10^-5 Kulomb i 5 X 10^-5, w odległości 40 centymetrów, w próżni.

F =?
Co₁ = 1 X 10^-5
Co₂ = 1 X 10^-5
d = 0,4 metra
k = 9 X 10⁹ m²/ D²
Co₁ Dlaczego₂ = (3 X 10^-3) (5 X 10^-5) = 1 X 10^-10
D² = 0,16 m²
Co₁ Dlaczego₂ / D^{2 =}1X10^-8/0,16 = 6,25 x 10^-10
k x (q₁ Dlaczego₂ / D²) = (9 X 10⁹) (6.25/10-¹⁰) = 5,625 N.

Przykład 2

Oblicz z tymi samymi danymi z poprzedniego przykładu siłę, z jaką ładunki są odpychane na godzinę przy równych ładunkach 2,5 X 10^-6 Kulomb.

F =?
Co₁ = 2,5 X 10^-6
Co₂ = 2,5 X 10^-6
d = 0,4 metra
k = 9 X 10⁹ m²/ D²
Co₁ Dlaczego₂ = (2,5 X 10^-6) (2,5 X 10^-6) = 6,25 X 10^-12
D² = 0,16 m²
Co₁ Dlaczego₂ / D^{2 =}15X10^-8/0,16 = 39,0625 x 10^-12
k x (q₁ Dlaczego₂ / D²) = (9 X 10⁹) (39.0625 X 10^-12) = 0,315 N. (31,5 X 10^-2 N)

Przykład 3

Korzystając z tych samych danych, co w przykładzie 2, oblicz siłę odpychania przy dwukrotnej odległości, czyli przy 80 centymetrach.

F =?
Co₁ = 2,5 X 10^-6
Co₂ = 2,5 X 10^-6
d = 0,8 metra
k = 9 X 10⁹ m²/ D²
Co₁ Dlaczego₂ = (2,5 X 10^-6) (2,5 X 10^-6) = 6,25 X 10^-12
D² = 0,64 m
Co₁ Dlaczego₂ / D^{2 =}15X10^-8/0,16 = 9,765625 x 10^-12
k x (q₁ Dlaczego₂ / D²) = (9 X 10⁹) (9,765625 X 10^-12) = 0,0878 N. (8,78 X10^-2 N)

Przykład 4

Oblicz przykład 3, w innym medium dielektrycznym, teraz w alkoholu.

F =?
Co₁ = 2,5 X 10^-6
Co₂ = 2,5 X 10^-6
d = 0,8 metra
k = 9 X 10⁹ m²/ D²
e = 15
Co₁ Dlaczego₂ = (2,5 X 10^-6) (2,5 X 10^-6) = 6,25 X 10^-12
D² = 0,64 m
Co₁ Dlaczego₂ / D^{2 =}15X10^-8/0,16 = 9,765625 x 10^-12
k / e = (9 X 10⁹) / 15 = 6 X 10⁸
k X (q₁ Dlaczego₂ / D²) = (6 X 10⁸) (9,765625 X 10^-12) = 0,00586 N (5,86 X 10^-3 N)