Закон Кулона простыми словами

  • История открытия
  • Формула
  • Кулоновская формула для диэлектрической среды
  • Как направляются силы
  • Практическое применение

История открытия

КАКИЕ. Кулон в 1785 г. впервые экспериментально доказал эффекты, описываемые этим законом. В своих экспериментах он использовал специальные крутильные весы. Однако еще в 1773 году Кавендиш на примере сферического конденсатора доказал, что внутри сферы нет электрического поля. Это показало, что электростатические силы меняются с расстоянием между телами. Точнее, квадрат расстояния. Его исследование в то время не было опубликовано. Исторически это открытие было названо в честь Кулона, аналогичное название было дано величине, с которой измеряется заряд.

Формулировка

Определение закона Кулона гласит: в вакууме F взаимодействие двух заряженных тел прямо пропорционально произведению их модулей и обратно пропорционально квадрату расстояния между ними.

Звучит коротко, но может быть не всем понятно. Проще говоря: чем больше нагрузка на тела и чем они ближе друг к другу, тем больше сила.

И наоборот, если мы увеличиваем расстояние между зарядами, сила становится меньше.

Формула принципа Кулона выглядит следующим образом:

Буквы: q — величина нагрузки, r — расстояние между ними, k — коэффициент, зависит от выбранной системы единиц.

Величина заряда q может быть как условно положительной, так и условно отрицательной. Это деление весьма условно. Когда тела касаются друг друга, это может передаваться от одного к другому. Отсюда следует, что одно и то же тело может иметь разные размеры и знак заряда. Точечный заряд — это заряд или тело, размеры которого намного меньше расстояния возможного взаимодействия.

Стоит учитывать, что среда, в которой находятся заряды, влияет на взаимодействие F. Поскольку оно почти одинаково в воздухе и в вакууме, открытие Кулона применимо только к этим средам, это одно из условий для применения формул такого типа. Как уже упоминалось, единицей заряда СИ является кулон, сокращенно Cl. Он характеризует количество электроэнергии в единицу времени. Он является производным от основных единиц СИ.

Обратите внимание, что размерность 1 Cl слишком велика. Из-за того, что носители отталкиваются друг от друга, их трудно удержать в небольшом корпусе, хотя сам ток 1А невелик, если он течет в проводнике. Например, в той же лампочке мощностью 100 Вт протекает ток 0,5 А, а в электронагревателе — более 10 А. Эта сила (1 Cl) примерно равна силе, действующей на тело массой 1 т, расположенное сбоку от земного шара.

Вы могли заметить, что формула почти такая же, как и для силы тяжести, за исключением того, что в механике Ньютона есть массы, а в электростатике — заряды.

Формула Кулона для диэлектрической среды

Коэффициент со значениями SI указан в N 2 * м 2 / Cl 2. Это равно:

Во многих учебниках этот коэффициент можно найти в виде дроби:

Здесь Э.

0

= 8,85 * 10-12 Cl2 / Н * м2 — электрическая постоянная. Для диэлектрика E — диэлектрическая проницаемость среды, тогда закон Кулона может быть использован для расчета сил взаимодействия между зарядами вакуума и среды.

С учетом влияния диэлектрика он имеет вид:

Отсюда видно, что введение диэлектрика между телами уменьшает силу F.

Как направлены силы

Заряды взаимодействуют в зависимости от своей полярности — одни и те же отталкиваются, а противоположные притягиваются.

Кстати, в этом главное отличие от аналогичного закона всемирного тяготения, когда тела всегда притягиваются друг к другу. Эти силы направлены вдоль линии, проведенной между ними, называемой вектором луча. В физике обозначается как r

12

и как вектор радиуса от первого заряда ко второму и наоборот. Силы направлены от центра заряда к противоположному заряду по этой линии, если заряды противоположны, и в противоположном направлении, если они имеют одно и то же название (два положительных или два отрицательных). В векторной форме:

Сила, действующая на первую нагрузку со стороныдругой обозначается как F.

12.

Тогда закон Кулона в векторной форме выглядит следующим образом:

Чтобы определить силу, приложенную ко второй нагрузке, используйте F

21 год

и г

21 год

.

Если тело имеет сложную форму и достаточно велико, чтобы на заданном расстоянии его нельзя было рассматривать как точечную нагрузку, то оно делится на небольшие секции, и каждая секция считается точечной нагрузкой. После геометрического сложения всех полученных векторов получаем равнодействующую силу. Атомы и молекулы взаимодействуют по одному закону.

Применение на практике

Работа Кулона очень важна в электростатике, и на практике она используется во многих изобретениях и устройствах. Ярким примером этого является громоотвод. Он используется для защиты зданий и электроустановок от ударов молнии, тем самым предотвращая пожары и выход из строя оборудования. Когда идет дождь с грозой, крупномасштабные индуцированные заряды появляются на земле и тянутся к облаку. В результате на земле появляется сильное электрическое поле. Вблизи верха громоотвода он очень большой, в результате чего коронный разряд загорается сверху (от земли, через громоотвод к облаку). Согласно закону Кулона, заряд от земли притягивается к противоположному заряду облака. Воздух ионизируется, и напряженность электрического поля у конца громоотвода уменьшается. В результате на здание не накапливаются нагрузки и вероятность удара молнии мала. При ударе по зданию вся энергия будет направлена ​​на землю через громоотвод.

В серьезных научных исследованиях они используют величайшее сооружение 21 века — ускоритель элементарных частиц. В нем электрическое поле увеличивает энергию частицы. Если рассматривать эти процессы с точки зрения воздействия на точечный заряд группой зарядов, то все соотношения этого закона оказываются верными.

Наконец, мы рекомендуем посмотреть видео, в котором подробно разъясняется закон Кулона:

Полезная тема: