Coulombi seadus: valem, määratlus, rakendamine praktikas

Elektrostaatikas on üks põhiseadusi Coulombi seadus. Seda kasutatakse füüsikas kahe statsionaarse punktlaengu vastastikmõju jõu või nendevahelise kauguse määramiseks. See on põhiline loodusseadus, mis ei sõltu teistest seadustest. Siis ei mõjuta tegeliku keha kuju jõudude suurust. Selles artiklis selgitame lihtsate sõnadega Coulombi seadust ja selle rakendamist praktikas.

Avastamise ajalugu

Sh.O. Ripats 1785. aastal esimest korda katseliselt tõestanud seaduses kirjeldatud vastastikmõjusid. Oma katsetes kasutas ta spetsiaalset torsioonkaalu. Kuid juba 1773. a Cavendish tõestas sfäärilise kondensaatori näitel, et sfääri sees puudub elektriväli. See näitas, et elektrostaatilised jõud muutuvad sõltuvalt kehade vahelisest kaugusest. Täpsemalt kauguse ruut. Siis tema uurimust ei avaldatud. Ajalooliselt sai see avastus nime Coulombi järgi, sama nimi on antud ka väärtusele, milles laengut mõõdetakse.

Sõnastus

Coulombi seaduse definitsioon on järgmine: Vaakumis Kahe laetud keha F interaktsioon on otseselt võrdeline nende moodulite korrutisega ja pöördvõrdeline nendevahelise kauguse ruuduga.

See kõlab lühidalt, kuid see ei pruugi kõigile selge olla. Lihtsate sõnadega: Mida rohkem laenguid on kehadel ja mida lähemal nad üksteisele on, seda suurem on jõud.

Ja vastupidi: Kui suurendate laengute vahelist kaugust, väheneb jõud.

Coulombi reegli valem näeb välja selline:

Tähtede tähistus: q on laengu suurus, r on nendevaheline kaugus, k on koefitsient, sõltub valitud ühikute süsteemist.

Laengu q väärtus võib olla tinglikult positiivne või tinglikult negatiivne. See jaotus on väga meelevaldne. Kui kehad kokku puutuvad, võib see ühelt teisele edasi kanduda. Siit järeldub, et ühel ja samal kehal võib olla erineva suuruse ja märgiga laeng. Punktlaeng on laeng või keha, mille mõõtmed on palju väiksemad kui võimaliku vastasmõju kaugus.

Tuleb meeles pidada, et keskkond, milles laengud paiknevad, mõjutab F interaktsiooni. Kuna see on õhus ja vaakumis peaaegu võrdne, on Coulombi avastus rakendatav ainult nendele keskkondadele, see on seda tüüpi valemi rakendamise üks tingimusi. Nagu juba mainitud, on SI-süsteemis laengu mõõtühikuks Coulomb, lühendatult Cl. See iseloomustab elektrienergia hulka ajaühikus. Tuletatud SI põhiühikutest.

1 Cl = 1 A * 1 s

Tuleb märkida, et 1 C mõõde on üleliigne. Tänu sellele, et kandjad tõrjuvad üksteist, on neid raske väikeses kehas hoida, kuigi 1A vool ise on väike, kui see juhis voolab. Näiteks samas 100 W hõõglambis voolab vool 0,5 A ja elektrisoojendis üle 10 A. Selline jõud (1 C) on ligikaudu võrdne jõuga, mis mõjub maakera küljelt 1-tonnise massiga kehale.

Võib-olla olete märganud, et valem on praktiliselt sama mis gravitatsioonilises vastasmõjus, ainult kui Newtoni mehaanikas ilmnevad massid, siis elektrostaatikas ilmnevad laengud.

Coulombi valem dielektrilise keskkonna jaoks

SI-süsteemi väärtusi arvestav koefitsient määratakse N²* m²/Кл². See on võrdne:

Paljudes õpikutes võib selle koefitsiendi leida murdosa kujul:

Siin E₀= 8,85 * 10-12 Cl2 / N * m2 on elektriline konstant. Dielektriku jaoks lisatakse E - keskkonna dielektriline konstant, siis saab Coulombi seaduse järgi arvutada vaakumi ja keskkonna laengute vastastikmõju jõud.

Võttes arvesse dielektriku mõju, on sellel järgmine vorm:

Siit näeme, et dielektriku sisseviimine kehade vahele vähendab jõudu F.

Kuidas jõud on suunatud

Laengud interakteeruvad üksteisega sõltuvalt nende polaarsusest - samad tõrjuvad ja erinevalt (vastupidised) tõmbavad.

Muide, see on peamine erinevus sarnasest gravitatsioonilise vastasmõju seadusest, kus kehad tõmbavad alati ligi. Jõud on suunatud piki nende vahele tõmmatud joont, mida nimetatakse raadiusvektoriks. Füüsikas tähistatakse kui r₁₂ ja raadiusvektorina esimesest laengust teise ja vastupidi. Jõud on suunatud laengu keskpunktist vastassuunalisele laengule mööda seda joont, kui laengud on vastandlikud, ja vastupidises suunas, kui need on sama nimega (kaks positiivset või kaks negatiivset). Vektorkujul:

Esimesele laengule teise küljelt rakendatud jõudu tähistatakse kui F_12. Seejärel näeb Coulombi seadus vektorkujul välja selline:

Teisele laengule rakendatud jõu määramiseks kasutatakse tähist F₂₁ ja R₂₁.

Kui kehal on keeruline kuju ja see on piisavalt suur, et antud kaugusel ei saa seda lugeda punktlaenuks, siis jagatakse see väikesteks osadeks ja iga sektsioon loetakse punktlaenuks. Pärast kõigi saadud vektorite geomeetrilist liitmist saadakse saadud jõud. Aatomid ja molekulid interakteeruvad üksteisega sama seaduse järgi.

Rakendamine praktikas

Coulombi teosed on elektrostaatikas väga olulised, praktikas kasutatakse neid paljudes leiutistes ja seadmetes. Ilmekas näide on piksevarras. Selle abil on hooned ja elektripaigaldised kaitstud äikesetormide eest, vältides sellega tulekahju ja seadmete rikkeid. Kui sajab koos äikesega, tekib maapinnale suure magnituudiga indutseeritud laeng, mis tõmbab pilve poole. Selgub, et maa pinnale tekib suur elektriväli. Piksevarda tipu lähedal on sellel suur väärtus, mille tulemusena süttib tipust (maapinnast, piksevarda kaudu pilve) koroonalahendus. Maalt lähtuv laeng tõmmatakse Coulombi seaduse kohaselt pilve vastupidise laengu poole. Õhk ioniseeritakse ja piksevarda otsa lähedal elektrivälja tugevus väheneb. Seega laengud hoonele ei kogune, sel juhul on pikselöögi tõenäosus väike. Kui hoonele saab löögi, läheb piksevarda kaudu kogu energia maasse.

Tõsistes teadusuuringutes kasutatakse 21. sajandi suurimat struktuuri – osakestekiirendit. Selles teeb elektriväli tööd osakese energia suurendamiseks. Arvestades neid protsesse laengugrupi poolt punktlaengule avalduva mõju seisukohalt, osutuvad kõik seaduse seosed tõeseks.

Lõpuks soovitame vaadata videot, mis annab üksikasjaliku selgituse Coulombi seaduse kohta:

Kasulik teemal:

• Joule-Lenzi seadus
• Juhi takistuse sõltuvus temperatuurist
• Gimbali reeglid
• Ohmi seadus lihtsate sõnadega