Prawo Coulomba prostym językiem

Badaliśmy oddziaływania ładunków elektrycznych przed Charlesa Coulomba. W szczególności, fizyk angielski Cavendish w swoich badań doszedł do wniosku, że opłaty stałe w temacie interakcji do pewnego prawa. Jednakże, nie podaje do publicznej wiadomości swoje ustalenia. Re prawem Coulomba została odkryta przez francuskiego fizyka, którego nazwa została nazwana prawem podstawowym.

Historia odkrycia

Eksperymenty z naładowanymi cząstkami spędzony wiele fizyków:

• G. V. Richman;
• profesora fizyki F. Aepinus;
• D. Bernoulliego;
• Priestley;
• John Robinson, i wiele innych.

Wszystkie te naukowcy przyszedł bardzo blisko otworu prawa, ale żaden z nich nie był w stanie matematycznie udowodnić swoje podejrzenia. Jasne, że zaobserwowano interakcji naładowanych kulek, ale to było trudne do ustalenia prawidłowości procesu.

Zawieszka przeprowadzono dokładne pomiary sił oddziaływania. Aby to zrobić, nawet zaprojektował unikalną urządzenia - równowaga skrętną (zob. Rys. 2).

Wymyśliliśmy ciężarów wisiorek ma bardzo wysoką czułość. Urządzenie reaguje na siły rzędu 10^-9 N. Belka równowagi, pod działaniem tej małej siły obrócony 1^º. Eksperymentator można zmierzyć kąt obrotu, a tym samym siły przyłożonej przy użyciu dokładnego skali.

Dzięki nietypowej przypuszczeń naukowca, którego idea, że ​​po zetknięciu się z naładowanych i nienaładowane kulek, ładunek elektryczny podzielono równo między nimi. W ten natychmiast odpowiedzi równowagi skrętnej, wahacz obracający się w pewnym kątem. Uziemienie stałe wisiorek kulowy mógłby zneutralizować wynikowy ładunek na nim.

Zatem naukowiec może zmniejszyć początkową piłki naładowania toczenia wielokrotnie. Poprzez pomiar kąta odchylenia po każdym podziale ładunku, Kulon widział wzór w działaniu siły odpychającej, który pomógł mu sformułować swoje słynne prawo.

sformułowanie

Wisiorek badano interakcji między kulkami, rozmiar pomijalne w porównaniu z odległościami między nimi. W fizyce, te naładowane ciała nazywane są punktem. Innymi słowy, określenie obciążeń punktowych poddać takiej naładowane ciała jeśli ich wymiary w danym eksperymencie jest nieistotny.

Dla ładunków punkt twierdzenie: Siły oddziaływania między nimi są skierowane wzdłuż linii przechodzącej przez środek naładowane ciała. Bezwzględna wielkość każdej siły jest wprost proporcjonalna do iloczynu ładunków i odwrotnie proporcjonalna do kwadratu odległości pomiędzy nimi (patrz. Rys. 3). Ten związek można wyrazić za pomocą wzoru: | F₁| = | F₂| = (K_e* q₁* q₂) / R²

Należy jeszcze dodać, że wektory sił są skierowane do siebie w przeciwnych znakach, a w przeciwnym przypadku samych ładunków. Czyli między ładowaniami przeciwnych przyciągania aktów elektrycznych, a między tą samą nazwą - odpychanie.

Zatem prawo Culomba opisuje wzajemne oddziaływanie pomiędzy dwoma ładunkami elektrycznymi, które leży u podstaw wszystkich oddziaływania elektromagnetyczne.

W celu ustawy Prawo sformułowane powyżej, należy spełnić następujące warunki:

• Przestrzeganie ładunku punktowego;
• Organy bezruchu pobierana;
• Prawo wyraża relację między opłat w próżni.

zakres

Wyżej opisany wzór w określonych warunkach stosowanych do opisania mechaniki kwantowej. Jednakże prawo Coulomba jest sformułowany bez pojęcia życie. Zamiast życie stosowane pojęcie energii potencjalnej interakcji Coulomba. Wzoru otrzymanego przez uogólnienia danych doświadczalnych.

Należy zauważyć, że w bardzo krótkich odstępach (na interakcje cząstek elementarnych) około 10 - 18 m, pojawiają się skutki elektrosłabe. W tych przypadkach, prawo Coulomba, ściśle mówiąc, nie jest przestrzegane. Formuła może być stosowana, z uwzględnieniem poprawek.

Naruszenie prawa Coulomba obserwuje się silne pola elektromagnetyczne (około 10¹⁸ V / m), na przykład w pobliżu magnetarów (gwiazdy typu elektronicznego). W tym środowisku, potencjał Coulomba nie zmniejsza się odwrotnie i wykładniczo.

Siły Coulomba podlegają trzeciego prawa Newtona: F₁ = - F₂. Są one używane do opisania prawo powszechnego ciążenia. W tym przypadku, gdy wzór przedstawia się następująco: F = (m₁* m₂ ) / R²gdzie m₁ oraz m₂ - masa jednostek współdziałających, r - odległość między nimi.

Prawo Coulomba jest pierwszym otwartym ilościowy prawo fundamentalne, uzasadnione matematycznie. Jego wartość w badaniu zjawisk elektromagnetycznych nie do przecenienia. Od czasu odkrycia i publikacji prawem Coulomba, era badania elektromagnetyzmu, co ma ogromne znaczenie w nowoczesnym życiu.

Pomiar k

Preparat zawiera współczynnik proporcjonalności k, który jest pogodzenie proporcjonalność w międzynarodowym układzie SI. W tym systemie ładowania urządzenia jest zwana zawieszka (Cl) - ładowanie przejściu przez drugi przewodu 1, w którym obecny jest 1 A.

czynnik k wyrażone w jednostkach SI w następujący sposób:K = 1 / 4πε₀gdzie ε₀ - stałej dielektrycznej: ε₀ = 8,85 ∙10^-12 cl²/Н∙м². Wykonywanie prostych obliczeń, możemy znaleźć:k = 9×10⁹ H * M² / C². W systemie metrycznym, GHS k =1.

Na podstawie eksperymentów stwierdzono, że siła Coulomba jako zasadę superpozycji pól elektrycznych w przepisach elektrostatycznych równań Maxwella opisują.

Jeśli interakcja pomiędzy wieloma naładowane ciała w układzie zamkniętym w tej siły wypadkowej jest równa sumie wektorowej interakcji naładowanych ciała. W tym systemie, ładunki elektryczne nie znikają - są one przekazywane z ciała do ciała.

Prawo Coulomba w dielektryków

Powyżej wspomniano, że formuła określająca zależność siły na wartości obciążeń punktowych, a odległość między nimi jest ważna dla próżni. W warunkach oddziaływania siły maleje ze względu na zjawisko polaryzacji. W jednorodnej średniej siły izotop proporcjonalny spadek określonej wartości charakterystycznej dla danego otoczenia. Ilość ta jest nazywana stałej dielektrycznej. Inna nazwa - stałej dielektrycznej. Wyznacza jej symbol ε. W tym przypadku, k = 1/4πεε₀.

Stałej dielektrycznej powietrza jest bardzo zbliżona do 1. W związku z tym, prawo Coulomba przestrzeni powietrznej pojawia się w próżni.

Ciekawostką jest fakt, że dielektryki mogą gromadzić się ładunki elektryczne, które tworzą pola elektrycznego. Żyły są pozbawione takich właściwości, ponieważ koszty spadające na przewodzie, niemal natychmiast neutralizowane. W celu zachowania pola elektrycznego w przewodniku jest to konieczne do ciągłego dostarczania naładowane cząstki do niego, tworząc zamknięty obieg.

Zastosowanie w praktyce

Wszystkie nowoczesne elektrotechnika opiera się na zasadach wzajemnego oddziaływania siły Coulomba. Wraz z otwarciem klonem tego podstawowego prawa opracował nauka badająca oddziaływanie elektromagnetyczne. Pojęcie terminu pola elektrycznego jest również oparty na znajomości siły Coulomba. Jest udowodnione, że pole elektryczne jest nierozerwalnie związany z zarzutem cząstek elementarnych.

Burzowe chmury niczym więcej niż nagromadzenie ładunków elektrycznych. Przyciągają one indukowane ładunki do ziemi, w wyniku czego pojawia się piorun. To odkrycie pozwoliło na stworzenie skutecznej ochrony odgromowej budynków i instalacji elektrycznych.

Na podstawie elektrostatyki było wiele wynalazków:

• skraplacz;
• Różne materiały izolacyjne;
• Materiały antystatycznych w celu ochrony wrażliwych elementów elektronicznych;
• Odzież ochronna dla przemysłu elektronicznego pracowników i wiele więcej.

Prawo Coulomba opiera się na pracy akceleratorów cząstek naładowanych, w szczególności funkcjonowanie LHC (zob. Rys. 4).

Przyspieszenie naładowanych cząstek do prędkości bliskiej światła występuje w wyniku działania pola elektromagnetycznego wytwarzanego przez cewki umieszczone wzdłuż toru. Starcia przerwać cząstek elementarnych, których ślady mają stały urządzeń elektronicznych. Na podstawie tych zdjęć, stosując prawo Coulomba, naukowcy wyciągają wnioski na temat struktury elementarnych cegiełek materii.

Referencje:

1. Sivukhin D. V. Ogólny kurs fizyki. - MS: FIZMATLIT;. Wydawnictwo MIPT 2004.
2. Landau L. D. E. Lifshitza M. fizyka teoretyczna: Podręcznik. Collec. Na uniwersytetach.
3. Landsberg G. S. fizyka elementarna. Tom II. Elektryczność i magnetyzm.

Podobne filmy