Пример Кулоновог закона

Цоулумов закон је први пут произведен стварањем равнотеже Цоулум коју је креирао француски научник Цхарлес Аугустин Цоуломб, измислио је вагу за проучавање торзије влакана и жица, касније је ова иста вага коришћена затим да се у малом простору репродукују закони привлачења и статичког набоја које су Исак Њутн и Јохан 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 је на ширем цилиндру и са нумеричком скалом, налази се још један хоризонтални штап, на чији је крај поставио клупко старије сржи. На врху скале налази се рупица кроз коју се убацује још једна кугла коштице базге причвршћене за штап.

Када се оба штапа споје без статичког набоја, не постоје силе привлачења или одбијања и оне остају у мировању. Када им електрода доведе наелектрисање, они ће се одбацити ако су једнаких предзнака, или ће се приближити ако су супротних предзнака.

Овај експеримент је затим изведен на сферама суспендованим у вакууму. Ови експерименти су га навели да изрази закон електростатичког наелектрисања, познатији као

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

То значи да ће се два електростатичка наелектрисања одбијати са одређеном силом, која се у почетку израчунава производом наелектрисања 1 и наелектрисања 2 (к₁ Зашто₂). И ова сила одбијања ће варирати директно као функција повећања или смањења оба или једног наелектрисања, с обзиром да је растојање између наелектрисаних сфера константно.

Када се растојање мења, сила ће варирати обрнуто пропорционално квадрату растојања, односно ако, на пример, наелектрисања остану једнака и почетно растојање је удвостручено, тада ћемо имати 2 Кс 2 = 4 и њен 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 променљиво растојање.

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

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

Ф: Њутн (1 њутн је једнак сили потребној да се помери 1 килограм кроз 1 метар сваке секунде)

Набој (к1, к2): Кулумб (1 кулон је једнак 6,28 Кс 10¹⁸ електрони)
Удаљеност (д): метар (јединица мере у метричком систему)

К: Диелектрична константа је одређена електростатичком силом одбацивања у два наелектрисања исте величине, која у вакууму износи 8,988 Кс 10⁹ Њутн, за сваки метар на квадрат и подељен са квадратом оптерећења. У практичне сврхе, вредност је заокружена на 9 Кс 10⁹ Нм²/ к². Тада ћемо имати следеће формуле:

Ф = (к) к₁ Зашто₂ За фиксне удаљености.
Ф = (к) к₁ Зашто₂ / д² за променљива растојања.

Ако развијемо ову последњу формулу, имаћемо:

Ф = (9Кс10⁹ м² / к²) Зашто₁ Зашто₂ / д²

Ова формула важи за Празнину. У случају да су наелектрисања у другом медијуму, тада ће константа бити подељена са диелектричним коефицијентом средине. Формуле ће тада бити следеће:

Ф = (к / е) к₁ Зашто₂ За фиксне удаљености.
Ф = (к / е) к₁ Зашто₂ / д² за променљива растојања.

Диелектрична константа неких супстанци:

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

4 примера Кулоновог закона:

Пример 1.

Израчунај силу којом се одбијају две сфере са наелектрисањем 3 Кс 10^-5 Кулона и 5 Кс 10^-5, на удаљености од 40 центиметара, у вакууму.

Ф =?
Шта₁ = 1 Кс 10^-5
Шта₂ = 1 Кс 10^-5
д = .4 метара
к = 9 Кс 10⁹ м²/ д²
Шта₁ Зашто₂ = (3 Кс 10^-3) (5 Кс 10^-5) = 1 Кс 10^-10
д² = 0,16 м
Шта₁ Зашто₂ / д^{2 =}1 Кс 10^-8/0,16 = 6,25 Кс 10^-10
к к (к₁ Зашто₂ / д²) = (9 Кс 10⁹) (6.25/10-¹⁰) = 5,625 Н.

Пример 2

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

Ф =?
Шта₁ = 2,5 Кс 10^-6
Шта₂ = 2,5 Кс 10^-6
д = .4 метара
к = 9 Кс 10⁹ м²/ д²
Шта₁ Зашто₂ = (2,5 Кс 10^-6) (2,5 Кс 10^-6) = 6,25 Кс 10^-12
д² = 0,16 м
Шта₁ Зашто₂ / д^{2 =}15 Кс 10^-8/0,16 = 39,0625 Кс 10^-12
к к (к₁ Зашто₂ / 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 дупло већој 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 Зашто₂ = (2,5 Кс 10^-6) (2,5 Кс 10^-6) = 6,25 Кс 10^-12
д² = 0,64 м
Шта₁ Зашто₂ / д^{2 =}15 Кс 10^-8/0,16 = 9,765625 Кс 10^-12
к к (к₁ Зашто₂ / 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 Зашто₂ = (2,5 Кс 10^-6) (2,5 Кс 10^-6) = 6,25 Кс 10^-12
д² = 0,64 м
Шта₁ Зашто₂ / 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 Зашто₂ / д²) = (6 Кс 10⁸) (9,765625 Кс 10^-12) = 0,00586 Н (5,86 Кс 10^-3 Н)