Μεταξύ φορτισμένων σωμάτων υπάρχει μια δύναμη αλληλεπίδρασης λόγω της οποίας μπορούν να έλκονται ή να απωθούν το ένα το άλλο. Ο νόμος του Κουλόμπ περιγράφει αυτή τη δύναμη, δείχνει τον βαθμό δράσης της, ανάλογα με το μέγεθος και το σχήμα του ίδιου του σώματος. Αυτός ο φυσικός νόμος θα συζητηθεί σε αυτό το άρθρο.
Περιεχόμενο
Σταθερά σημεία
Ο νόμος του Coulomb ισχύει για ακίνητα σώματα που είναι πολύ μικρότερα από την απόστασή τους από άλλα αντικείμενα. Σε τέτοια σώματα συγκεντρώνεται ένα σημειακό ηλεκτρικό φορτίο. Κατά την επίλυση φυσικών προβλημάτων, οι διαστάσεις των θεωρούμενων σωμάτων παραμελούνται, γιατί δεν έχουν πραγματικά σημασία.
Στην πράξη, οι σημειακές χρεώσεις σε ηρεμία απεικονίζονται ως εξής:
Σε αυτή την περίπτωση q1 και q2 - αυτό είναι θετικός ηλεκτρικά φορτία, και η δύναμη Coulomb δρα σε αυτά (δεν φαίνεται στο σχήμα). Το μέγεθος των χαρακτηριστικών σημείων δεν έχει σημασία.
Σημείωση! Τα φορτία σε ηρεμία βρίσκονται σε μια δεδομένη απόσταση μεταξύ τους, η οποία στα προβλήματα συνήθως συμβολίζεται με το γράμμα r. Περαιτέρω στο άρθρο, αυτές οι χρεώσεις θα εξεταστούν εν κενώ.
Ζυγός στρέψης του Charles Coulomb
Αυτή η συσκευή, που αναπτύχθηκε από τον Coulomb το 1777, βοήθησε να συναχθεί η εξάρτηση της δύναμης που ονομάστηκε αργότερα από αυτόν. Με τη βοήθειά του μελετάται η αλληλεπίδραση σημειακών φορτίων, καθώς και μαγνητικών πόλων.
Ένας ζυγός στρέψης έχει ένα μικρό μεταξωτό νήμα που βρίσκεται σε κατακόρυφο επίπεδο από το οποίο κρέμεται ένας ισορροπημένος μοχλός. Τα σημειακά φορτία βρίσκονται στα άκρα του μοχλού.
Υπό τη δράση εξωτερικών δυνάμεων, ο μοχλός αρχίζει να κινείται οριζόντια. Ο μοχλός θα κινείται στο επίπεδο μέχρι να εξισορροπηθεί από την ελαστική δύναμη του νήματος.
Κατά τη διαδικασία της κίνησης, ο μοχλός αποκλίνει από τον κατακόρυφο άξονα κατά μια ορισμένη γωνία. Λαμβάνεται ως d και ονομάζεται γωνία περιστροφής. Γνωρίζοντας την τιμή αυτής της παραμέτρου, είναι δυνατό να βρεθεί η ροπή των δυνάμεων που προκύπτουν.
Η ισορροπία στρέψης του Charles Coulomb μοιάζει με αυτό:
Συντελεστής αναλογικότητας k και ηλεκτρική σταθερά 
Στον τύπο του νόμου του Κουλόμπ υπάρχουν παράμετροι k - ο συντελεστής αναλογικότητας ή είναι η ηλεκτρική σταθερά. Ηλεκτρική σταθερά παρουσιάζεται σε πολλά βιβλία αναφοράς, σχολικά βιβλία, το Διαδίκτυο, και δεν χρειάζεται να μετρηθεί! Συντελεστής αναλογικότητας κενού με βάση μπορεί να βρεθεί με τον γνωστό τύπο:
Εδώ 
είναι η ηλεκτρική σταθερά,
- Πι,
είναι ο συντελεστής αναλογικότητας στο κενό.
Επιπλέον πληροφορίες! Χωρίς να γνωρίζετε τις παραμέτρους που παρουσιάζονται παραπάνω, δεν θα λειτουργήσει η εύρεση της δύναμης αλληλεπίδρασης μεταξύ δύο σημειακών ηλεκτρικών φορτίων.
Διατύπωση και τύπος του νόμου του Coulomb
Για να συνοψίσουμε τα παραπάνω, είναι απαραίτητο να δώσουμε την επίσημη διατύπωση του κύριου νόμου της ηλεκτροστατικής. Παίρνει τη μορφή:
Η δύναμη αλληλεπίδρασης δύο σημειακών φορτίων σε ηρεμία στο κενό είναι ευθέως ανάλογη με το γινόμενο αυτών των φορτίων και αντιστρόφως ανάλογη με το τετράγωνο της απόστασης μεταξύ τους. Επιπλέον, το προϊόν των χρεώσεων πρέπει να λαμβάνεται modulo!
Σε αυτόν τον τύπο q1 και q2 είναι επιβαρύνσεις σημείου, θεωρούνται φορείς? r2 - την απόσταση στο επίπεδο μεταξύ αυτών των σωμάτων, που λαμβάνεται στο τετράγωνο. k είναι ο συντελεστής αναλογικότητας (
για κενό).
Η κατεύθυνση της δύναμης Coulomb και η διανυσματική μορφή του τύπου
Για την πλήρη κατανόηση του τύπου, ο νόμος του Coulomb μπορεί να απεικονιστεί:
φά1,2 - τη δύναμη αλληλεπίδρασης του πρώτου φορτίου σε σχέση με το δεύτερο.
φά2,1 - η δύναμη αλληλεπίδρασης του δεύτερου φορτίου σε σχέση με το πρώτο.
Επίσης, κατά την επίλυση προβλημάτων ηλεκτροστατικής, είναι απαραίτητο να ληφθεί υπόψη ένας σημαντικός κανόνας: τα ηλεκτρικά φορτία με το ίδιο όνομα απωθούνται και τα αντίθετα φορτία έλκονται. Η θέση των δυνάμεων αλληλεπίδρασης στο σχήμα εξαρτάται από αυτό.
Εάν ληφθούν υπόψη αντίθετα φορτία, τότε οι δυνάμεις της αλληλεπίδρασής τους θα κατευθύνονται η μία προς την άλλη, απεικονίζοντας την έλξη τους.
Ο τύπος του βασικού νόμου της ηλεκτροστατικής σε διανυσματική μορφή μπορεί να αναπαρασταθεί ως εξής:
είναι η δύναμη που ασκείται στο σημειακό φορτίο q1, από την πλευρά του φορτίου q2,
είναι το διάνυσμα ακτίνας που συνδέει το φορτίο q2 με το φορτίο q1,
Σπουδαίος! Έχοντας γράψει τον τύπο σε διανυσματική μορφή, οι δυνάμεις αλληλεπίδρασης των δύο σημειακών ηλεκτρικών φορτίων θα πρέπει να προβληθούν στον άξονα για να τοποθετηθούν σωστά τα σημάδια. Αυτή η ενέργεια είναι τυπική και συχνά εκτελείται διανοητικά χωρίς καμία νότα.
Όπου εφαρμόζεται στην πράξη ο νόμος του Coulomb
Ο βασικός νόμος της ηλεκτροστατικής είναι η σημαντικότερη ανακάλυψη του Charles Coulomb, που έχει βρει εφαρμογή σε πολλούς τομείς.
Τα έργα του διάσημου φυσικού χρησιμοποιήθηκαν στη διαδικασία της εφεύρεσης διαφόρων συσκευών, συσκευών, συσκευών. Για παράδειγμα, ένα αλεξικέραυνο.
Με τη βοήθεια ενός αλεξικέραυνου, τα κτίρια κατοικιών και τα κτίρια προστατεύονται από κεραυνούς κατά τη διάρκεια μιας καταιγίδας. Έτσι, αυξάνεται ο βαθμός προστασίας του ηλεκτρικού εξοπλισμού.
Το αλεξικέραυνο λειτουργεί σύμφωνα με την ακόλουθη αρχή: κατά τη διάρκεια μιας καταιγίδας, αρχίζουν σταδιακά να συσσωρεύονται στο έδαφος ισχυρά φορτία επαγωγής, τα οποία ανεβαίνουν και έλκονται από τα σύννεφα. Σε αυτή την περίπτωση, ένα αρκετά μεγάλο ηλεκτρικό πεδίο σχηματίζεται στο έδαφος. Κοντά στο αλεξικέραυνο, το ηλεκτρικό πεδίο γίνεται ισχυρότερο, λόγω του οποίου ένα ηλεκτρικό φορτίο κορώνας αναφλέγεται από την άκρη της συσκευής.
Περαιτέρω, το φορτίο που σχηματίζεται στο έδαφος αρχίζει να έλκεται από το φορτίο του νέφους με το αντίθετο πρόσημο, όπως θα έπρεπε να είναι σύμφωνα με το νόμο του Charles Coulomb. Μετά από αυτό, ο αέρας περνά από τη διαδικασία ιονισμού και η ένταση του ηλεκτρικού πεδίου γίνεται μικρότερη κοντά στο άκρο του αλεξικέραυνου. Έτσι, ο κίνδυνος να εισέλθει κεραυνός στο κτίριο είναι ελάχιστος.
Σημείωση! Εάν το κτίριο στο οποίο είναι εγκατεστημένο το αλεξικέραυνο χτυπηθεί, τότε δεν θα υπάρχει φωτιά και όλη η ενέργεια θα πάει στο έδαφος.
Με βάση το νόμο του Κουλόμπ, αναπτύχθηκε μια συσκευή που ονομάζεται «Επιταχυντής Σωματιδίων», η οποία έχει μεγάλη ζήτηση σήμερα.
Σε αυτή τη συσκευή δημιουργείται ένα ισχυρό ηλεκτρικό πεδίο, το οποίο αυξάνει την ενέργεια των σωματιδίων που πέφτουν σε αυτό.
Κατεύθυνση δυνάμεων στο νόμο του Coulomb
Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, η κατεύθυνση των αλληλεπιδρώντων δυνάμεων των δύο σημειακών ηλεκτρικών φορτίων εξαρτάται από την πολικότητα τους. Εκείνοι. Οι χρεώσεις με το ίδιο όνομα θα αποκρούσουν και οι χρεώσεις αντίθετων χρεώσεων θα προσελκύσουν.
Οι δυνάμεις Κουλόμπ μπορούν επίσης να ονομαστούν διάνυσμα ακτίνας, επειδή κατευθύνονται κατά μήκος της γραμμής που χαράσσεται μεταξύ τους.
Σε ορισμένα φυσικά προβλήματα δίνονται σώματα πολύπλοκου σχήματος, τα οποία δεν μπορούν να ληφθούν για σημειακό ηλεκτρικό φορτίο, δηλ. αγνοήστε το μέγεθός του. Σε αυτή την περίπτωση, το υπό εξέταση σώμα πρέπει να χωριστεί σε πολλά μικρά μέρη και κάθε μέρος πρέπει να υπολογιστεί χωριστά, χρησιμοποιώντας το νόμο του Coulomb.
Τα διανύσματα δυνάμεων που λαμβάνονται με διαίρεση συνοψίζονται σύμφωνα με τους κανόνες της άλγεβρας και της γεωμετρίας. Το αποτέλεσμα είναι η προκύπτουσα δύναμη, η οποία θα είναι η απάντηση σε αυτό το πρόβλημα. Αυτή η μέθοδος επίλυσης ονομάζεται συχνά μέθοδος τριγώνου.
Ιστορία της ανακάλυψης του νόμου
Οι αλληλεπιδράσεις δύο σημειακών χρεώσεων από τον νόμο που εξετάστηκε παραπάνω αποδείχθηκαν για πρώτη φορά το 1785 από τον Charles Coulomb. Ο φυσικός κατάφερε να αποδείξει την ακρίβεια του διατυπωμένου νόμου χρησιμοποιώντας ζυγούς στρέψης, η αρχή λειτουργίας του οποίου παρουσιάστηκε επίσης στο άρθρο.
Ο Coulomb απέδειξε επίσης ότι δεν υπάρχει ηλεκτρικό φορτίο μέσα σε έναν σφαιρικό πυκνωτή. Έτσι κατέληξε στη δήλωση ότι το μέγεθος των ηλεκτροστατικών δυνάμεων μπορεί να αλλάξει αλλάζοντας την απόσταση μεταξύ των υπό εξέταση σωμάτων.
Έτσι, ο νόμος του Κουλόμπ εξακολουθεί να είναι ο σημαντικότερος νόμος της ηλεκτροστατικής, βάσει του οποίου έχουν γίνει πολλές από τις μεγαλύτερες ανακαλύψεις. Στο πλαίσιο του άρθρου αυτού παρουσιάστηκε η επίσημη διατύπωση του νόμου, καθώς και περιγράφηκαν αναλυτικά τα συστατικά μέρη του.
Παρόμοια άρθρα:
