Приклад закону Кулона

Закон Кулума вперше був створений шляхом створення балансу Coulum який був створений французьким ученим Шарлем Огюстеном Кулоном, винайшов ваги для вивчення кручення волокон і проводів, пізніше ці ж ваги були використані потім відтворити в невеликому просторі закони притягання та статичного заряду, які Ісаак Ньютон та Йоганн Кеплер проголосили щодо співвідношення сил тяжіння між планети

Торсіонна вага складається з двох скляних циліндрів, одного довгого і тонкого, на кінці яких підвішений срібний стрижень. З іншого боку стрижня, що на більш широкому циліндрі і з числовою шкалою, є ще один горизонтальний стрижень, на кінці якого помістили кульку бузини. У верхній частині луски є отвір, через яке вставляється ще одна куля серцевини бузини, прикріплена до стрижня.

Коли обидва стрижні зближуються без статичних зарядів, немає сил притягання чи відштовхування, і вони залишаються в спокої. Коли до них подається заряд електродом, вони відкидатимуть один одного, якщо вони однакові за знаком, або зближатимуться, якщо вони протилежних знаків.

Потім цей експеримент проводили на сферах, підвішених у вакуумі. Ці експерименти привели його до вираження закону електростатичних зарядів, більш відомого як Закон Кулона, де сказано: «Сила, з якою два електричні заряди діють один на одного, прямо пропорційна добуток їх електростатичних зарядів і обернено пропорційний квадрату відстані, що Зупинитися."

Це означає, що два електростатичні заряди будуть відштовхуватися один від одного з певною силою, яка спочатку обчислюється добутком заряду 1 і заряду 2 (q₁ Чому₂). І ця сила відштовхування буде змінюватися безпосередньо як функція збільшення або зменшення обох або одного із зарядів, враховуючи, що відстань між зарядженими сферами постійна.

Коли відстань змінюється, сила змінюватиметься обернено пропорційно квадрату відстані, тобто якщо, наприклад, заряди залишаються дорівнює і початкова відстань подвоюється, тоді ми матимемо 2 X 2 = 4 і її обернене співвідношення вказує, що сила буде ¼ сили з відстанню 1.

Це пояснюється такими формулами:

F = q₁* що₂ на постійну відстань.
F = q₁* що₂/ d² на змінну відстань.

Крім того, необхідно застосувати постійну (k), яка дозволить визначити силу, яка завжди діє по відношенню до навантаження. Ця константа визначається силою відштовхування, відстанню, зарядом і середовищем, що розділяє заряди, які він може мати різний ступінь провідності через свою провідність і щільність, що називається коефіцієнтом діелектрик.

ОДИНИЦІ ВИМІРЮВАННЯ. Як і в усіх розрахунках фізичних величин, ми використовуємо різні одиниці виміру. Для цих розрахунків одиницями є такі:

F: Ньютон (1 ньютон дорівнює силі, необхідної для переміщення 1 кілограма на 1 метр кожну секунду)

Заряд (q1, q2): Кулон (1 Кулон дорівнює 6,28 X 10¹⁸ електрони)
Відстань (d): метр (одиниця виміру в метричній системі)

K: Діелектрична проникність визначається силою електростатичного відторгнення в двох зарядах однакової величини, яка у вакуумі становить 8,988 X 10⁹ Ньютона, на кожен метр у квадраті і поділений на квадрат навантаження. Для практичних цілей значення округлюють до 9 X 10⁹ Нм²/ q². Тоді у нас будуть такі формули:

F = (k) q₁ Чому₂ Для фіксованих відстаней.
F = (k) q₁ Чому₂ / d² для змінних відстаней.

Якщо ми розробимо цю останню формулу, ми отримаємо:

F = (9X10⁹ м² / q²) Чому₁ Чому₂ / d²

Ця формула справедлива для Порожнечі. У випадку, якщо заряди знаходяться в іншому середовищі, то константа буде поділена на діелектричний коефіцієнт середовища. Тоді формули будуть такими:

F = (k / e) q₁ Чому₂ Для фіксованих відстаней.
F = (k / e) q₁ Чому₂ / d² для змінних відстаней.

Діелектрична проникність деяких речовин:

Порожній: 1
Повітря: 1
Віск: 1,8
Вода: 80
Алкоголь: 15
Папір: 1,5
Парафін: 2.1

4 приклади закону Кулона:

Приклад 1.

Обчисліть силу, з якою відштовхуються дві кулі із зарядами 3 X 10^-5 Кулонів і 5 X 10^-5, на відстані 40 сантиметрів, у вакуумі.

F =?
що₁ = 1 X 10^-5
що₂ = 1 X 10^-5
d = 0,4 метра
k = 9 X 10⁹ м²/ d²
що₁ Чому₂ = (3 X 10^-3) (5 X 10^-5) = 1 X 10^-10
d² = 0,16 м
що₁ Чому₂ / d^{2 =}1 X 10^-8/0,16 = 6,25 X 10^-10
k x (q₁ Чому₂ / d²) = (9 X 10⁹) (6.25/10-¹⁰) = 5625 Н.

Приклад 2

Обчисліть за тими ж даними попереднього прикладу силу, з якою заряди відштовхуються за годину при рівних зарядах 2,5 X 10^-6 Кулон.

F =?
що₁ = 2,5 X 10^-6
що₂ = 2,5 X 10^-6
d = 0,4 метра
k = 9 X 10⁹ м²/ d²
що₁ Чому₂ = (2,5 X 10^-6) (2,5 X 10^-6) = 6,25 X 10^-12
d² = 0,16 м
що₁ Чому₂ / d^{2 =}15 X 10^-8/0,16 = 39,0625 X 10^-12
k x (q₁ Чому₂ / d²) = (9 X 10⁹) (39,0625 X 10^-12) = 0,315 Н. (31,5 х 10^-2 N)

Приклад 3

Використовуючи ті ж дані, що й у прикладі 2, обчисліть силу відштовхування на подвійній відстані, тобто на 80 сантиметрах.

F =?
що₁ = 2,5 X 10^-6
що₂ = 2,5 X 10^-6
d = 0,8 метра
k = 9 X 10⁹ м²/ d²
що₁ Чому₂ = (2,5 X 10^-6) (2,5 X 10^-6) = 6,25 X 10^-12
d² = 0,64 м
що₁ Чому₂ / d^{2 =}15 X 10^-8/0,16 = 9,765625 X 10^-12
k x (q₁ Чому₂ / d²) = (9 X 10⁹) (9,765625 X 10^-12) = 0,0878 Н. (8,78 X10^-2 N)

Приклад 4

Обчисліть приклад 3, в іншому діелектричному середовищі, тепер у спирті.

F =?
що₁ = 2,5 X 10^-6
що₂ = 2,5 X 10^-6
d = 0,8 метра
k = 9 X 10⁹ м²/ d²
e = 15
що₁ Чому₂ = (2,5 X 10^-6) (2,5 X 10^-6) = 6,25 X 10^-12
d² = 0,64 м
що₁ Чому₂ / 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 Чому₂ / d²) = (6 X 10⁸) (9,765625 X 10^-12) = 0,00586 Н (5,86 X 10^-3 N)