Coulombs lag exempel

Coulums lag skapades först genom skapandet av balansen mellan Coulum som skapades av den franske vetenskapsmannen Charles Augustin Coulomb, uppfann en balans för att studera vridningen av fibrer och trådar, senare användes samma balans för att sedan reproducera i ett litet utrymme, lagarna för attraktion och statisk laddning som Isaac Newton och Johannes Kepler uttalade om förhållandet mellan gravitationskrafterna mellan planeter

Torsionsvågen består av två glascylindrar, en lång och tunn, i vars ände en silverstav är upphängd. På andra sidan av staven, som är på en bredare cylinder och med en numerisk skala, finns en annan horisontell stav, i vars ände han placerade en boll av flädermärg. Överst på skalan finns ett hål genom vilket en annan sfär av flädermarg fäst vid en stav förs in.

När båda stavarna förs samman utan statiska laddningar finns det inga attraktions- eller avstötningskrafter, och de förblir i vila. När en laddning appliceras på dem av en elektrod, kommer de att avvisa varandra om de har lika tecken, eller så kommer de att flytta sig närmare om de har motsatta tecken.

Detta experiment utfördes sedan på sfärer suspenderade i vakuum. Dessa experiment ledde honom till att uttrycka lagen om elektrostatiska laddningar, mer känd som Coulombs lag, som säger: "Den kraft som två elektriska laddningar utövar på varandra är direkt proportionell mot produkt av deras elektrostatiska laddningar och omvänt proportionell mot kvadraten på avståndet som Att stanna."

Detta innebär att två elektrostatiska laddningar kommer att stöta bort varandra med en viss kraft, som initialt beräknas av produkten av laddning 1 och laddning 2 (q₁ Varför₂). Och denna repulsionskraft kommer att variera direkt som en funktion av ökningen eller minskningen av båda eller en av laddningarna, med tanke på att avståndet mellan de laddade sfärerna är konstant.

När avståndet varierar kommer kraften att variera i omvänd proportion till kvadraten på avståndet, det vill säga om till exempel laddningarna stannar kvar lika och det initiala avståndet fördubblas, då kommer vi att ha 2 X 2 = 4 och dess omvända förhållande indikerar att kraften kommer att vara ¼ av kraften med avståndet 1.

Detta förklaras med följande formler:

F = q₁* Vad₂ för ett konstant avstånd.
F = q₁* Vad₂/d² för ett variabelt avstånd.

Dessutom är det nödvändigt att tillämpa en konstant (k), vilket gör att vi kan bestämma kraften som alltid verkar i förhållande till belastningen. Denna konstant bestäms av frånstötningskraften, avståndet, laddningen och mediet som delar laddningarna, vilket den kan ha olika grader av konduktivitet på grund av dess konduktivitet och densitet, som kallas koefficienten dielektrisk.

MÄTENHETER. Som i alla beräkningar av fysiska storheter använder vi olika måttenheter. För dessa beräkningar är enheterna följande:

F: Newton (1 newton är lika med kraften som behövs för att flytta 1 kilogram genom 1 meter varje sekund)

Laddning (q1, q2): Coulumb (1 Coulomb är lika med 6,28 X 10¹⁸ elektroner)
Avstånd (d): Meter (måttenhet i det metriska systemet)

K: Dielektricitetskonstanten bestäms av den elektrostatiska avstötningskraften i två laddningar av samma storlek, som i ett vakuum är 8,988 X 10⁹ Newton, för varje meter i kvadrat och dividerat med kvadraten på lasten. Av praktiska skäl avrundas värdet till 9 X 10⁹ Nm²/ q². Då kommer vi att ha följande formler:

F = (k) q₁ Varför₂ För fasta avstånd.
F = (k) q₁ Varför₂ /d² för varierande avstånd.

Om vi ​​utvecklar denna sista formel kommer vi att ha:

F = (9X10⁹ m² / q²) Varför₁ Varför₂ /d²

Denna formel är giltig för Void. I fallet att laddningarna är i ett annat medium, kommer konstanten att delas med den dielektriska koefficienten för mediet. Formlerna blir då följande:

F = (k/e) q₁ Varför₂ För fasta avstånd.
F = (k/e) q₁ Varför₂ /d² för varierande avstånd.

Dielektrisk konstant för vissa ämnen:

Tom: 1
Luft: 1
Vax: 1,8
Vatten: 80
Alkohol: 15
Papper: 1,5
Paraffin: 2,1

4 exempel på Coulombs lag:

Exempel 1.

Beräkna kraften med vilken två sfärer med laddningar på 3 X 10 stöter bort^-5 Coulomb och 5 X 10^-5, på ett avstånd av 40 centimeter, i ett vakuum.

F =?
Vad₁ = 1 X 10^-5
Vad₂ = 1 X 10^-5
d = 0,4 meter
k = 9 X 10⁹ m²/d²
Vad₁ Varför₂ = (3 X 10^-3) (5 X 10^-5) = 1 X 10^-10
d² = 0,16 m
Vad₁ Varför₂ /d^{2 =}1 X 10^-8/0,16 = 6,25 X 10^-10
k x (q₁ Varför₂ /d²) = (9 X 10⁹) (6.25/10-¹⁰) = 5 625 N.

Exempel 2

Beräkna med samma data i föregående exempel, kraften med vilken laddningarna stöts bort per timme med lika laddningar på 2,5 X 10^-6 Coulomb.

F =?
Vad₁ = 2,5 X 10^-6
Vad₂ = 2,5 X 10^-6
d = 0,4 meter
k = 9 X 10⁹ m²/d²
Vad₁ Varför₂ = (2,5 X 10^-6) (2,5 X 10^-6) = 6,25 X 10^-12
d² = 0,16 m
Vad₁ Varför₂ /d^{2 =}15 X 10^-8/0,16 = 39,0625 X 10^-12
k x (q₁ Varför₂ /d²) = (9 X 10⁹) (39,0625 X 10^-12) = 0,315 N. (31,5 X 10^-2 N)

Exempel 3

Använd samma data som i exempel 2, beräkna avstötningskraften på två gånger avståndet, det vill säga vid 80 centimeter.

F =?
Vad₁ = 2,5 X 10^-6
Vad₂ = 2,5 X 10^-6
d = 0,8 meter
k = 9 X 10⁹ m²/d²
Vad₁ Varför₂ = (2,5 X 10^-6) (2,5 X 10^-6) = 6,25 X 10^-12
d² = 0,64 m
Vad₁ Varför₂ /d^{2 =}15 X 10^-8/0,16 = 9,765625 X 10^-12
k x (q₁ Varför₂ /d²) = (9 X 10⁹) (9,765625 X 10^-12) = 0,0878 N. (8,78 X10^-2 N)

Exempel 4

Beräkna exempel 3, i ett annat dielektriskt medium, nu i alkohol.

F =?
Vad₁ = 2,5 X 10^-6
Vad₂ = 2,5 X 10^-6
d = 0,8 meter
k = 9 X 10⁹ m²/d²
e = 15
Vad₁ Varför₂ = (2,5 X 10^-6) (2,5 X 10^-6) = 6,25 X 10^-12
d² = 0,64 m
Vad₁ Varför₂ /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 Varför₂ /d²) = (6 X 10⁸) (9,765625 X 10^-12) = 0,00586 N (5,86 X 10^-3 N)