Пример закона Кулона

Закон Кулума был впервые произведен путем создания баланса Кулум которую создал французский ученый Шарль Огюстен Кулон, изобрел весы для изучения кручения волокон и проводов, позже эти же весы использовали затем воспроизвести в небольшом пространстве законы притяжения и статического заряда, которые Исаак Ньютон и Иоганн Кеплер провозгласили о соотношении сил гравитации между планеты

Торсионные весы состоят из двух стеклянных цилиндров, длинного и тонкого, на конце которых подвешен серебряный стержень. На другой стороне стержня, который находится на более широком цилиндре и с числовой шкалой, находится еще один горизонтальный стержень, на конце которого он поместил клубок из бузины. Вверху шкалы есть отверстие, через которое вставляется еще одна сфера сердцевины бузины, прикрепленная к стержню.

Когда оба стержня сводятся вместе без статических зарядов, нет сил притяжения или отталкивания, и они остаются в покое. Когда к ним прикладывается заряд электродом, они будут отвергать друг друга, если они имеют одинаковые знаки, или они будут приближаться, если они имеют противоположные знаки.

Затем этот эксперимент проводился на сферах, подвешенных в вакууме. Эти эксперименты привели его к выражению закона электростатических зарядов, более известного как Закон Кулона, который гласит: «Сила, которую два электрических заряда оказывают друг на друга, прямо пропорциональна произведение их электростатических зарядов и обратно пропорционально квадрату расстояния, на которое Остановиться."

Это означает, что два электростатических заряда будут отталкивать друг друга с определенной силой, которая изначально рассчитывается как произведение заряда 1 и заряда 2 (q₁ Так как₂). И эта сила отталкивания будет изменяться напрямую как функция увеличения или уменьшения обоих или одного из зарядов, учитывая, что расстояние между заряженными сферами постоянно.

При изменении расстояния сила будет меняться обратно пропорционально квадрату расстояния, то есть, если, например, заряды остаются равно, а начальное расстояние удваивается, тогда у нас будет 2 X 2 = 4, и его обратное соотношение указывает на то, что сила будет силы с расстоянием 1.

Это объясняется следующими формулами:

F = q₁* какие₂ для постоянного расстояния.
F = q₁* какие₂/ д² для переменного расстояния.

Кроме того, необходимо применить константу (k), которая позволит нам определить силу, которая всегда действует по отношению к нагрузке. Эта постоянная определяется силой отталкивания, расстоянием, зарядом и средой, разделяющей заряды, которые Он может иметь разную степень проводимости за счет проводимости и плотности, которая называется коэффициентом диэлектрик.

ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЯ. Как и во всех расчетах физических величин, мы используем разные единицы измерения. Для этих расчетов используются следующие единицы:

F: Ньютон (1 ньютон равен силе, необходимой для перемещения 1 килограмма на 1 метр каждую секунду)

Заряд (q1, q2): Кулон (1 кулон равен 6,28 X 10¹⁸ электроны)
Расстояние (d): метр (единица измерения в метрической системе)

K: Диэлектрическая проницаемость определяется силой электростатического отклонения в двух зарядах одинаковой величины, которая в вакууме составляет 8,988 X 10.⁹ Ньютон на каждый метр в квадрате и деленный на квадрат нагрузки. Для практических целей значение округляется до 9 X 10.⁹ Нм²/ q². Тогда у нас будут следующие формулы:

F = (k) q₁ Так как₂ На фиксированные расстояния.
F = (k) q₁ Так как₂ / д² для переменных расстояний.

Если мы разработаем эту последнюю формулу, у нас будет:

F = (9X10⁹ м² / q²) Так как₁ Так как₂ / д²

Эта формула действительна для Пустоты. В случае, если заряды находятся в другой среде, постоянная будет разделена на диэлектрический коэффициент среды. Формулы будут следующими:

F = (k / e) q₁ Так как₂ На фиксированные расстояния.
F = (k / e) q₁ Так как₂ / д² для переменных расстояний.

Диэлектрическая проницаемость некоторых веществ:

Пустой: 1
Воздух: 1
Воск: 1,8
Вода: 80
Алкоголь: 15
Бумага: 1,5
Парафин: 2,1

4 примера закона Кулона:

Пример 1.

Вычислите силу, с которой две сферы с зарядами 3 X 10 отталкиваются.^-5 Кулон и 5 X 10^-5, на расстоянии 40 сантиметров, в вакууме.

F =?
какие₁ = 1 Х 10^-5
какие₂ = 1 Х 10^-5
d = 0,4 метра
к = 9 Х 10⁹ м²/ д²
какие₁ Так как₂ = (3 Х 10^-3) (5 Х 10^-5) = 1 Х 10^-10
d² = 0,16 м
какие₁ Так как₂ / д^{2 =}1 х 10^-8/0,16 = 6,25 х 10^-10
к х (q₁ Так как₂ / д²) = (9 Х 10⁹) (6.25/10-¹⁰) = 5625 Н.

Пример 2

Используя те же данные из предыдущего примера, вычислите силу, с которой заряды отталкиваются в час с равными зарядами 2,5 X 10.^-6 Кулон.

F =?
какие₁ = 2,5 Х 10^-6
какие₂ = 2,5 Х 10^-6
d = 0,4 метра
к = 9 Х 10⁹ м²/ д²
какие₁ Так как₂ = (2,5 Х 10^-6) (2,5 Х 10^-6) = 6,25 х 10^-12
d² = 0,16 м
какие₁ Так как₂ / д^{2 =}15 х 10^-8/0,16 = 39,0625 X 10^-12
к х (q₁ Так как₂ / д²) = (9 Х 10⁹) (39,0625 Х 10^-12) = 0,315 Н. (31,5 Х 10^-2 N)

Пример 3

Используя те же данные, что и в примере 2, рассчитайте силу отталкивания на удвоенном расстоянии, то есть на 80 сантиметрах.

F =?
какие₁ = 2,5 Х 10^-6
какие₂ = 2,5 Х 10^-6
d = 0,8 метра
к = 9 Х 10⁹ м²/ д²
какие₁ Так как₂ = (2,5 Х 10^-6) (2,5 Х 10^-6) = 6,25 х 10^-12
d² = 0,64 м
какие₁ Так как₂ / д^{2 =}15 х 10^-8/0,16 = 9,765625 X 10^-12
к х (q₁ Так как₂ / д²) = (9 Х 10⁹) (9,765625 х 10^-12) = 0,0878 Н. (8,78 х 10^-2 N)

Пример 4

Рассчитайте пример 3 в другой диэлектрической среде, теперь уже в спирте.

F =?
какие₁ = 2,5 Х 10^-6
какие₂ = 2,5 Х 10^-6
d = 0,8 метра
к = 9 Х 10⁹ м²/ д²
е = 15
какие₁ Так как₂ = (2,5 Х 10^-6) (2,5 Х 10^-6) = 6,25 х 10^-12
d² = 0,64 м
какие₁ Так как₂ / д^{2 =}15 х 10^-8/0,16 = 9,765625 X 10^-12
k / e = (9 X 10⁹) / 15 = 6 Х 10⁸
k X (q₁ Так как₂ / д²) = (6 Х 10⁸) (9,765625 х 10^-12) = 0,00586 Н (5,86 X 10^-3 N)