En électrostatique, l'une des lois fondamentales est la loi de Coulomb. Il est utilisé en physique pour déterminer la force d'interaction entre deux charges ponctuelles stationnaires ou la distance qui les sépare. C'est une loi fondamentale de la nature qui ne dépend d'aucune autre loi. Ensuite, la forme du corps réel n'affecte pas l'amplitude des forces. Dans cet article, nous allons expliquer en termes simples la loi de Coulomb et son application en pratique.
Teneur:
- Historique de la découverte
- Le libellé
- Formule de Coulomb pour un milieu diélectrique
- Comment les forces sont dirigées
- Application en pratique
Historique de la découverte
Sh.O. Pendentif en 1785 pour la première fois prouvé expérimentalement les interactions décrites par la loi. Dans ses expériences, il a utilisé une balance de torsion spéciale. Cependant, en 1773 il a été prouvé par Cavendish, en utilisant l'exemple d'un condensateur sphérique, qu'il n'y a pas de champ électrique à l'intérieur de la sphère. Cela indique que les forces électrostatiques changent en fonction de la distance entre les corps. Plus précisément, le carré de la distance. Ensuite, ses recherches n'ont pas été publiées. Historiquement, cette découverte a été nommée d'après Coulomb, le même nom est également donné à la valeur dans laquelle la charge est mesurée.
Le libellé
La définition de la loi de Coulomb est la suivante: Dans le vide F interaction de deux corps chargés est directement proportionnelle au produit de leurs modules et inversement proportionnelle au carré de la distance qui les sépare.
Cela semble court, mais ce n'est peut-être pas clair pour tout le monde. En termes simples: Plus les corps sont chargés et plus ils sont proches les uns des autres, plus la force est grande.
Et vice versa: Si vous augmentez la distance entre les charges, la force diminuera.
La formule de la règle de Coulomb ressemble à ceci :
Désignation des lettres: q est le montant de la charge, r est la distance entre elles, k est le coefficient, dépend du système d'unités choisi.
La valeur de la charge q peut être conditionnellement positive ou conditionnellement négative. Cette division est très arbitraire. Lorsque les corps entrent en contact, cela peut se transmettre de l'un à l'autre. Il s'ensuit qu'un même corps peut avoir une charge différente en grandeur et en signe. Une charge ponctuelle est une charge ou un corps dont les dimensions sont beaucoup plus petites que la distance d'interaction possible.
Il faut garder à l'esprit que l'environnement dans lequel se trouvent les charges affecte les interactions F. Comme elle est à peu près égale dans l'air et dans le vide, la découverte de Coulomb n'est applicable que pour ces milieux, c'est une des conditions d'application de ce type de formule. Comme déjà mentionné, dans le système SI, l'unité de mesure de la charge est le Coulomb, abrégé Cl. Il caractérise la quantité d'électricité par unité de temps. Dérivé des unités SI de base.
1 Cl = 1 A * 1 s
Il est à noter que la dimension de 1 C est redondante. Du fait que les porteurs se repoussent, il est difficile de les garder dans un petit corps, bien que le courant de 1A lui-même soit faible s'il circule dans le conducteur. Par exemple, dans la même lampe à incandescence de 100 W, un courant de 0,5 A circule, et dans un radiateur électrique, plus de 10 A. Une telle force (1 C) est approximativement égale à celle agissant sur un corps d'une masse de 1 tonne du côté du globe.
Vous avez peut-être remarqué que la formule est pratiquement la même que dans l'interaction gravitationnelle, seulement si des masses apparaissent en mécanique newtonienne, alors des charges apparaissent en électrostatique.
Formule de Coulomb pour un milieu diélectrique
Le coefficient prenant en compte les valeurs du système SI est déterminé en N2* m2/Кл2. Il est égal à :
Dans de nombreux manuels, ce coefficient peut être trouvé sous la forme d'une fraction :
Ici E0= 8,85 * 10-12 Cl2 / N * m2 est une constante électrique. Pour un diélectrique, on ajoute E - la constante diélectrique du milieu, puis la loi de Coulomb peut être utilisée pour calculer les forces d'interaction des charges pour un vide et un milieu.
Compte tenu de l'influence du diélectrique, cela donne :
De là on voit que l'introduction d'un diélectrique entre les corps réduit la force F.
Comment les forces sont dirigées
Les charges interagissent les unes avec les autres en fonction de leur polarité - les mêmes se repoussent et les opposées (opposées) s'attirent.
Soit dit en passant, c'est la principale différence avec une loi similaire d'interaction gravitationnelle, où les corps sont toujours attirés. Les forces sont dirigées le long de la ligne tracée entre elles, appelée rayon vecteur. En physique, noté r12 et comme rayon vecteur de la première à la deuxième charge et vice versa. Les forces sont dirigées du centre de la charge vers la charge opposée le long de cette ligne, si les charges sont opposées, et en sens inverse, si elles sont du même nom (deux positives ou deux négatives). Sous forme vectorielle :
La force appliquée à la première charge du côté de la seconde est notée F12. Alors, sous forme vectorielle, la loi de Coulomb ressemble à ceci :
Pour déterminer la force appliquée à la deuxième charge, la notation F21 et R21.
Si le corps a une forme complexe et qu'il est suffisamment grand pour qu'à une distance donnée il ne puisse pas être considéré comme une charge ponctuelle, alors il est divisé en petites sections et chaque section est considérée comme une charge ponctuelle. Après addition géométrique de tous les vecteurs résultants, la force résultante est obtenue. Les atomes et les molécules interagissent les uns avec les autres selon la même loi.
Application en pratique
Les travaux de Coulomb sont très importants en électrostatique; en pratique, ils sont utilisés dans un certain nombre d'inventions et de dispositifs. Un exemple frappant est un paratonnerre. Avec son aide, les bâtiments et les installations électriques sont protégés des orages, empêchant ainsi les incendies et les pannes d'équipement. Lorsqu'il pleut avec un orage, une charge induite de grande magnitude apparaît au sol, ils sont attirés vers le nuage. Il s'avère qu'un grand champ électrique apparaît à la surface de la terre. Près de la pointe du paratonnerre, il a une valeur élevée, à la suite de laquelle une décharge corona est allumée à partir de la pointe (du sol, à travers le paratonnerre jusqu'au nuage). La charge de la terre est attirée par la charge opposée du nuage, selon la loi de Coulomb. L'air est ionisé et l'intensité du champ électrique diminue près de l'extrémité du paratonnerre. Ainsi, les charges ne s'accumulent pas sur le bâtiment, auquel cas la probabilité d'un coup de foudre est faible. Si un coup sur le bâtiment se produit, toute l'énergie ira dans le sol à travers le paratonnerre.
Dans la recherche scientifique sérieuse, la plus grande structure du 21e siècle est utilisée - l'accélérateur de particules. Dans celui-ci, le champ électrique fait le travail pour augmenter l'énergie de la particule. Considérant ces processus du point de vue de l'effet sur une charge ponctuelle par un groupe de charges, alors toutes les relations de la loi s'avèrent vraies.
Enfin, nous vous recommandons de regarder la vidéo, qui fournit une explication détaillée de la loi de Coulomb :
Utile sur le sujet :
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