Кулонов закон

Цоулумов закон први пут је створен стварањем биланса Цоулум коју је створио француски научник Цхарлес Аугустин Цоуломб, изумео вагу за проучавање торзије влакана и жица, касније је употребљена иста та вага затим да репродукују на малом простору законе привлачења и статички набој које су Исак Њутн и Јоханес Кеплер објавили о односу сила гравитације између планете

Торзиона вага се састоји од два стаклена цилиндра, једног дугачког и танког, на чијем крају је окачена сребрна шипка. На другој страни штапа који се налази на ширем цилиндру и са нумеричком скалом налази се још један водоравни штап на чији је крај ставио куглу базге. На врху скале налази се рупа кроз коју се убацује друга сфера коре од базге причвршћена за шипку.

Када се обе шипке споје без статичких наелектрисања, нема сила привлачења или одбијања и оне мирују. Када им електрода наелектрише, одбациће једни друге ако су једнаких предзнака или ће се приближити ако су супротних предзнака.

Овај експеримент је затим изведен на сферама суспендованим у вакууму. Ови експерименти довели су до тога да изрази закон електростатичких наелектрисања, познатији као

Кулонов закон, који каже: „Сила коју два електрична наелектрисања врше једно на друго директно је пропорционална умножак њихових електростатичких наелектрисања и обрнуто пропорционалан квадрату растојања који је Да се ​​заустави."

То значи да ће се два електростатичка наелектрисања међусобно одбијати са одређеном силом, која се у почетку израчунава производом наелектрисања 1 и наелектрисања 2 (к₁ Јер₂). А ова сила одбијања ће се директно разликовати у функцији повећања или смањења оба или једног од наелектрисања, с обзиром на то да је растојање између наелектрисаних сфера константно.

Када растојање варира, сила ће се мењати обрнуто пропорционално квадрату растојања, односно ако, на пример, наелектрисања остану једнако и почетно растојање се удвостручује, тада ћемо имати 2 Кс 2 = 4 и његов инверзни однос показује да ће сила бити ¼ силе са растојањем 1.

Ово се објашњава следећим формулама:

Ф = к₁* Шта₂ за константно растојање.
Ф = к₁* Шта₂/ д² за променљиву удаљеност.

Поред тога, неопходно је применити константу (к), која ће нам омогућити да одредимо силу која увек делује у односу на оптерећење. Ова константа је одређена одбојном силом, растојањем, наелектрисањем и средином која дели наелектрисања која може имати различит степен проводљивости због своје проводљивости и густине, што се назива коефицијент диелектрични.

МЕРНЕ ЈЕДИНИЦЕ. Као и у свим прорачунима физичких величина, користимо различите мерне јединице. За ове прорачуне јединице су следеће:

Ф: Њутн (1 њутн је једнак сили потребној за померање 1 килограма кроз 1 метар сваке секунде)

Набој (к1, к2): Цоулумб (1 Цоуломб је једнак 6,28 Кс 10¹⁸ електрони)
Удаљеност (д): метар (мерна јединица у метричком систему)

К: Диелектрична константа одређена је електростатичком силом одбијања у два наелектрисања исте величине, која је у вакууму 8,988 Кс 10⁹ Њутна, за сваки метар на квадрат и подељен квадратом терета. Из практичних разлога, вредност је заокружена на 9 Кс 10⁹ Нм²/ к². Тада ћемо имати следеће формуле:

Ф = (к) к₁ Јер₂ За фиксна растојања.
Ф = (к) к₁ Јер₂ / д² за променљиве удаљености.

Ако развијемо ову последњу формулу, имаћемо:

Ф = (9Кс10⁹ м² / к²) Јер₁ Јер₂ / д²

Ова формула важи за празнину. У случају да су наелектрисања у другом медијуму, тада ће се константа делити диелектричним коефицијентом медијума. Формуле ће тада бити следеће:

Ф = (к / е) к₁ Јер₂ За фиксна растојања.
Ф = (к / е) к₁ Јер₂ / д² за променљиве удаљености.

Диелектрична константа неких супстанци:

Празно: 1
Ваздух: 1
Восак: 1.8
Вода: 80
Алкохол: 15
Папир: 1.5
Парафин: 2.1

4 примера Куломовог закона:

Пример 1.

Израчунати силу којом се одбијају две сфере са наелектрисањима 3 Кс 10^-5 Цоуломб и 5 Кс 10^-5, на растојању од 40 центиметара, у вакууму.

Ф =?
Шта₁ = 1 Кс 10^-5
Шта₂ = 1 Кс 10^-5
д = .4 метра
к = 9 Кс 10⁹ м²/ д²
Шта₁ Јер₂ = (3 Кс 10^-3) (5 Кс 10^-5) = 1 Кс 10^-10
д² = 0,16 м
Шта₁ Јер₂ / д^{2 =}1 Кс 10^-8/0,16 = 6,25 Кс 10^-10
к к (к₁ Јер₂ / д²) = (9 Кс 10⁹) (6.25/10-¹⁰) = 5.625 Н.

Пример 2

Израчунајте са истим подацима из претходног примера, силу којом се набоји одбијају сат времена са једнаким наелектрисањима од 2,5 Кс 10^-6 Цоуломб.

Ф =?
Шта₁ = 2,5 Кс 10^-6
Шта₂ = 2,5 Кс 10^-6
д = .4 метра
к = 9 Кс 10⁹ м²/ д²
Шта₁ Јер₂ = (2,5 Кс 10^-6) (2,5 Кс 10^-6) = 6,25 Кс 10^-12
д² = 0,16 м
Шта₁ Јер₂ / д^{2 =}15 Кс 10^-8/0,16 = 39,0625 Кс 10^-12
к к (к₁ Јер₂ / д²) = (9 Кс 10⁹) (39,0625 Кс 10^-12) = 0,315 Н. (31,5 Кс 10^-2 Н)

Пример 3

Користећи исте податке као у примеру 2, израчунајте силу одбијања на двострукој удаљености, односно на 80 центиметара.

Ф =?
Шта₁ = 2,5 Кс 10^-6
Шта₂ = 2,5 Кс 10^-6
д = .8 метара
к = 9 Кс 10⁹ м²/ д²
Шта₁ Јер₂ = (2,5 Кс 10^-6) (2,5 Кс 10^-6) = 6,25 Кс 10^-12
д² = 0,64 м
Шта₁ Јер₂ / д^{2 =}15 Кс 10^-8/0,16 = 9,765625 Кс 10^-12
к к (к₁ Јер₂ / д²) = (9 Кс 10⁹) (9,765625 Кс 10^-12) = 0,0878 Н. (8,78 Кс10^-2 Н)

Пример 4

Израчунајте пример 3, у другом диелектричном медијуму, сада у алкохолу.

Ф =?
Шта₁ = 2,5 Кс 10^-6
Шта₂ = 2,5 Кс 10^-6
д = .8 метара
к = 9 Кс 10⁹ м²/ д²
е = 15
Шта₁ Јер₂ = (2,5 Кс 10^-6) (2,5 Кс 10^-6) = 6,25 Кс 10^-12
д² = 0,64 м
Шта₁ Јер₂ / д^{2 =}15 Кс 10^-8/0,16 = 9,765625 Кс 10^-12
к / е = (9 Кс 10⁹) / 15 = 6 Кс 10⁸
к Кс (к₁ Јер₂ / д²) = (6 Кс 10⁸) (9,765625 Кс 10^-12) = 0,00586 Н (5,86 Кс 10^-3 Н)