Primer Coulombovega zakona

Coulumov zakon je bil prvič izdelan z ustvarjanjem ravnotežja Coulum ki ga je ustvaril francoski znanstvenik Charles Augustin Coulomb, je izumil tehtnico za preučevanje torzije vlaken in žic, kasneje je bila uporabljena ta ista tehtnica nato v majhnem prostoru reproducirati zakone privlačnosti in statičnega naboja, ki sta jih razglasila Isaac Newton in Johannes Kepler o razmerju gravitacijskih sil med planetov

Torzijska tehtnica je sestavljena iz dveh steklenih cilindrov, enega dolgega in tankega, na koncu katerega je obešena srebrna palica. Na drugi strani palice, ki je na širšem cilindru in s številčno skalo, je še ena vodoravna palica, na konec katere je namestil kroglico bezgovega mozga. Na vrhu lestvice je luknja, skozi katero je vstavljena še ena krogla bezgove pečice, pritrjena na palico.

Ko sta obe palici združeni brez statičnih nabojev, ni sil privlačnosti ali odbijanja in ostaneta v mirovanju. Ko jim elektroda nanese naboj, se bosta med seboj zavrnila, če sta enakega predznaka, ali pa se bosta približala, če sta nasprotnega predznaka.

Ta poskus je bil nato izveden na kroglah, suspendiranih v vakuumu. Ti poskusi so ga pripeljali do izraza zakona o elektrostatičnih nabojih, bolj znan kot Coulombov zakon, ki pravi: »Sila, s katero delujeta dva električna naboja drug na drugega, je premo sorazmerna z produkt njihovih elektrostatičnih nabojev in obratno sorazmeren s kvadratom razdalje, ki jo Ustaviti."

To pomeni, da se bosta dva elektrostatična naboja odbijala z določeno silo, ki jo sprva izračunamo z zmnožkom naboja 1 in naboja 2 (q₁ Zakaj₂). In ta odbojna sila se bo spreminjala neposredno kot funkcija povečanja ali zmanjšanja obeh ali enega od nabojev, če upoštevamo, da je razdalja med nabitimi kroglami konstantna.

Ko se razdalja spreminja, se bo sila spreminjala obratno sorazmerno s kvadratom razdalje, to je, če na primer naboji ostanejo enaka in začetna razdalja se podvoji, potem bomo imeli 2 X 2 = 4 in njeno inverzno razmerje kaže, da bo sila ¼ sile z razdaljo 1.

To je razloženo z naslednjimi formulami:

F = q₁* kaj₂ za konstantno razdaljo.
F = q₁* kaj₂/ d² za spremenljivo razdaljo.

Poleg tega je treba uporabiti konstanto (k), ki nam bo omogočila določitev sile, ki vedno deluje glede na obremenitev. To konstanto določajo odbojna sila, razdalja, naboj in medij, ki deli naboje, ki ima lahko zaradi svoje prevodnosti in gostote različne stopnje prevodnosti, kar imenujemo koeficient dielektrik.

MERILNE ENOTE. Kot pri vseh izračunih fizikalnih veličin uporabljamo različne merske enote. Za te izračune so enote naslednje:

F: Newton (1 njuton je enak sili, ki je potrebna za premikanje 1 kilograma skozi 1 meter vsako sekundo)

Naboj (q1, q2): Coulumb (1 Coulomb je enak 6,28 X 10¹⁸ elektroni)
Razdalja (d): meter (merska enota v metričnem sistemu)

K: Dielektrična konstanta je določena z elektrostatično zavrnilno silo v dveh nabojih enake velikosti, ki je v vakuumu 8,988 X 10⁹ Newton, za vsak kvadratni meter in deljen s kvadratom obremenitve. Za praktične namene je vrednost zaokrožena na 9 X 10⁹ Nm²/ q². Potem bomo imeli naslednje formule:

F = (k) q₁ Zakaj₂ Za fiksne razdalje.
F = (k) q₁ Zakaj₂ / d² za spremenljive razdalje.

Če razvijemo to zadnjo formulo, bomo imeli:

F = (9X10⁹ m² / q²) Zakaj₁ Zakaj₂ / d²

Ta formula velja za Praznino. V primeru, da so naboji v drugem mediju, se konstanta deli z dielektričnim koeficientom medija. Formule bodo potem naslednje:

F = (k / e) q₁ Zakaj₂ Za fiksne razdalje.
F = (k / e) q₁ Zakaj₂ / d² za spremenljive razdalje.

Dielektrična konstanta nekaterih snovi:

Prazno: 1
Zrak: 1
Vosek: 1,8
Voda: 80
Alkohol: 15
Papir: 1.5
Parafin: 2.1

4 primeri Coulombovega zakona:

Primer 1.

Izračunaj silo, s katero se odbijeta krogli z naboji 3 X 10^-5 Coulomb in 5 X 10^-5, na razdalji 40 centimetrov, v vakuumu.

F =?
kaj₁ = 1 X 10^-5
kaj₂ = 1 X 10^-5
d = 0,4 metra
k = 9 X 10⁹ m²/ d²
kaj₁ Zakaj₂ = (3 X 10^-3) (5 X 10^-5) = 1 X 10^-10
d² = 0,16 m
kaj₁ Zakaj₂ / d^{2 =}1 X 10^-8/0,16 = 6,25 X 10^-10
k x (q₁ Zakaj₂ / d²) = (9 X 10⁹) (6.25/10-¹⁰) = 5,625 N.

Primer 2

Izračunajte z istimi podatki prejšnjega primera silo, s katero se naboji odbijajo na uro z enakimi naboji 2,5 X 10^-6 Coulomb.

F =?
kaj₁ = 2,5 X 10^-6
kaj₂ = 2,5 X 10^-6
d = 0,4 metra
k = 9 X 10⁹ m²/ d²
kaj₁ Zakaj₂ = (2,5 X 10^-6) (2,5 X 10^-6) = 6,25 X 10^-12
d² = 0,16 m
kaj₁ Zakaj₂ / d^{2 =}15 X 10^-8/0,16 = 39,0625 X 10^-12
k x (q₁ Zakaj₂ / d²) = (9 X 10⁹) (39,0625 X 10^-12) = 0,315 N. (31,5 X 10^-2 N)

Primer 3

Z uporabo istih podatkov kot v primeru 2 izračunajte odbojno silo na dvakratni razdalji, torej pri 80 centimetrih.

F =?
kaj₁ = 2,5 X 10^-6
kaj₂ = 2,5 X 10^-6
d = 0,8 metra
k = 9 X 10⁹ m²/ d²
kaj₁ Zakaj₂ = (2,5 X 10^-6) (2,5 X 10^-6) = 6,25 X 10^-12
d² = 0,64 m
kaj₁ Zakaj₂ / d^{2 =}15 X 10^-8/0,16 = 9,765625 X 10^-12
k x (q₁ Zakaj₂ / d²) = (9 X 10⁹) (9,765625 X 10^-12) = 0,0878 N. (8,78 X10^-2 N)

Primer 4

Izračunajte primer 3, v drugem dielektričnem mediju, zdaj v alkoholu.

F =?
kaj₁ = 2,5 X 10^-6
kaj₂ = 2,5 X 10^-6
d = 0,8 metra
k = 9 X 10⁹ m²/ d²
e = 15
kaj₁ Zakaj₂ = (2,5 X 10^-6) (2,5 X 10^-6) = 6,25 X 10^-12
d² = 0,64 m
kaj₁ Zakaj₂ / 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 Zakaj₂ / d²) = (6 X 10⁸) (9,765625 X 10^-12) = 0,00586 N (5,86 X 10^-3 N)