Príklad Coulombovho zákona

Coulumov zákon bol najskôr vytvorený vytvorením rovnováhy Coulum ktorý vytvoril francúzsky vedec Charles Augustin Coulomb, vymyslel váhu na štúdium torzie vlákien a drôtov, neskôr sa použila rovnaká váha potom na malom priestore reprodukovať zákony príťažlivosti a statického náboja, ktoré vyhlásili Isaac Newton a Johannes Kepler o vzťahu gravitačných síl medzi planét

Torzná váha sa skladá z dvoch sklenených valcov, jedného dlhého a tenkého, na konci ktorých je zavesená strieborná tyč. Na druhej strane tyče, ktorá je na širšom valci a v číselnej mierke, je ďalšia vodorovná tyč, na koniec ktorej položil guľu staršej drene. V hornej časti stupnice je otvor, cez ktorý je zasunutá ďalšia sféra dreňovej bazy pripevnenej k tyči.

Keď sa obe tyče spoja bez statického náboja, nevzniknú žiadne sily príťažlivosti alebo odporu, a zostanú v pokoji. Keď na ne elektróda nabije náboj, vzájomne sa odmietnu, ak majú rovnaké znamienka, alebo sa priblížia, ak majú opačné znamienka.

Tento experiment sa potom uskutočňoval na guľkách suspendovaných vo vákuu. Tieto experimenty ho viedli k vyjadreniu zákona elektrostatických nábojov, známejšieho ako

Coulombov zákon, ktorý hovorí: „Sila, ktorú na seba vyvíjajú dva elektrické náboje, je priamo úmerná veľkosti súčin ich elektrostatických nábojov a nepriamo úmerný druhej mocnine vzdialenosti, ktorú Prestať."

To znamená, že dva elektrostatické náboje sa budú navzájom odpudzovať určitou silou, ktorá sa spočiatku počíta súčinom náboja 1 a náboja 2 (q₁ Pretože₂). A táto odpudivá sila sa bude priamo meniť v závislosti od zvýšenia alebo zníženia oboch alebo jedného z nábojov, ak vezmeme do úvahy, že vzdialenosť medzi nabitými guľami je konštantná.

Keď sa vzdialenosť mení, sila sa bude meniť v inverznom pomere k štvorcu vzdialenosti, to znamená, ak napríklad náboje zostanú rovnaké a počiatočná vzdialenosť sa zdvojnásobí, potom budeme mať 2 X 2 = 4 a jej inverzný vzťah naznačuje, že sila bude ¼ sily so vzdialenosťou 1.

To sa vysvetľuje nasledujúcimi vzorcami:

F = q₁* čo₂ na konštantnú vzdialenosť.
F = q₁* čo₂/ d² na premenlivú vzdialenosť.

Okrem toho je potrebné použiť konštantu (k), ktorá nám umožní určiť silu, ktorá vždy pôsobí vo vzťahu k zaťaženiu. Táto konštanta je určená odpudivou silou, vzdialenosťou, nábojom a médiom, ktoré náboje rozdeľuje, ktoré Môže mať rôzne stupne vodivosti vďaka svojej vodivosti a hustote, ktorá sa nazýva koeficient dielektrikum.

MERACIE JEDNOTKY. Ako pri všetkých výpočtoch fyzikálnych veličín, aj tu používame rôzne jednotky merania. Pre tieto výpočty sú tieto jednotky:

F: Newton (1 newton sa rovná sile potrebnej na pohyb 1 kilogramu cez 1 meter každú sekundu)

Poplatok (q1, q2): Coulumb (1 Coulomb sa rovná 6,28 X 10¹⁸ elektróny)
Vzdialenosť (d): Meter (merná jednotka v metrickom systéme)

K: Dielektrická konštanta je určená elektrostatickou rejekčnou silou na dvoch nábojoch rovnakej veľkosti, ktorá je vo vákuu 8 988 X 10⁹ Newton, za každý štvorcový meter a vydelený druhou mocninou zaťaženia. Z praktických dôvodov je hodnota zaokrúhlená na 9 X 10⁹ Nm²/ q². Potom budeme mať nasledujúce vzorce:

F = (k) q₁ Pretože₂ Na pevné vzdialenosti.
F = (k) q₁ Pretože₂ / d² na premenlivé vzdialenosti.

Ak vyvinieme tento posledný vzorec, budeme mať:

F = (9X10⁹ m² / q²) Pretože₁ Pretože₂ / d²

Tento vzorec platí pre Prázdnotu. V prípade, že sú náboje v inom médiu, potom sa konštanta vydelí dielektrickým koeficientom média. Vzorce potom budú nasledovné:

F = (k / e) q₁ Pretože₂ Na pevné vzdialenosti.
F = (k / e) q₁ Pretože₂ / d² na premenlivé vzdialenosti.

Dielektrická konštanta niektorých látok:

Prázdne: 1
Vzduch: 1
Vosk: 1.8
Voda: 80
Alkohol: 15
Papier: 1.5
Parafín: 2.1

4 príklady Coulombovho zákona:

Príklad 1.

Vypočítajte silu, s ktorou odpudzujú dve gule s nábojmi 3 x 10^-5 Coulomb a 5 x 10^-5, vo vzdialenosti 40 centimetrov, vo vákuu.

F =?
čo₁ = 1 X 10^-5
čo₂ = 1 X 10^-5
d = 0,4 metra
k = 9 x 10⁹ m²/ d²
čo₁ Pretože₂ = (3 X 10^-3) (5 x 10^-5) = 1 X 10^-10
d² = 0,16 m
čo₁ Pretože₂ / d^{2 =}1 x 10^-8/0,16 = 6,25 X 10^-10
k x (q₁ Pretože₂ / d²) = (9 x 10⁹) (6.25/10-¹⁰) = 5 625 N.

Príklad 2

Vypočítajte pomocou rovnakých údajov z predchádzajúceho príkladu silu, ktorou sú náboje odpudzované za hodinu s rovnakými nábojmi 2,5 x 10^-6 Coulomb.

F =?
čo₁ = 2,5 x 10^-6
čo₂ = 2,5 x 10^-6
d = 0,4 metra
k = 9 x 10⁹ m²/ d²
čo₁ Pretože₂ = (2,5 x 10^-6) (2,5 x 10^-6) = 6,25 X 10^-12
d² = 0,16 m
čo₁ Pretože₂ / d^{2 =}15 x 10^-8/0,16 = 39,0625 X 10^-12
k x (q₁ Pretože₂ / d²) = (9 x 10⁹) (39,0625 X 10^-12) = 0,315 N. (31,5 x 10^-2 N)

Príklad 3

Pomocou rovnakých údajov ako v príklade 2 vypočítajte odpudivú silu na dvojnásobnú vzdialenosť, to znamená na 80 centimetrov.

F =?
čo₁ = 2,5 x 10^-6
čo₂ = 2,5 x 10^-6
d = 0,8 metra
k = 9 x 10⁹ m²/ d²
čo₁ Pretože₂ = (2,5 x 10^-6) (2,5 x 10^-6) = 6,25 X 10^-12
d² = 0,64 m
čo₁ Pretože₂ / d^{2 =}15 x 10^-8/0,16 = 9,765625 X 10^-12
k x (q₁ Pretože₂ / d²) = (9 x 10⁹) (9,765625 X 10^-12) = 0,0878 N. (8,78 X10^-2 N)

Príklad 4

Vypočítajte príklad 3 v inom dielektrickom prostredí, teraz v alkohole.

F =?
čo₁ = 2,5 x 10^-6
čo₂ = 2,5 x 10^-6
d = 0,8 metra
k = 9 x 10⁹ m²/ d²
e = 15
čo₁ Pretože₂ = (2,5 x 10^-6) (2,5 x 10^-6) = 6,25 X 10^-12
d² = 0,64 m
čo₁ Pretože₂ / 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 Pretože₂ / d²) = (6 x 10⁸) (9,765625 X 10^-12) = 0,00586 N (5,86 x 10^-3 N)