Elektrostatikā viens no pamatlikumiem ir Kulona likums. To izmanto fizikā, lai noteiktu mijiedarbības spēku starp diviem stacionāriem punktveida lādiņiem vai attālumu starp tiem. Šis ir dabas pamatlikums, kas nav atkarīgs no citiem likumiem. Tad reālā ķermeņa forma neietekmē spēku lielumu. Šajā rakstā mēs vienkāršos vārdos izskaidrosim Kulona likumu un tā pielietojumu praksē.
Saturs:
- Atklājumu vēsture
- Formulējums
- Kulona formula dielektriskai videi
- Kā tiek virzīti spēki
- Pielietojums praksē
Atklājumu vēsture
Sh.O. Kulons 1785. gadā pirmo reizi eksperimentāli pierādīja likumā aprakstītās mijiedarbības. Savos eksperimentos viņš izmantoja īpašu vērpes līdzsvaru. Tomēr tālajā 1773. g Kavendišs, izmantojot sfēriskā kondensatora piemēru, pierādīja, ka sfēras iekšpusē nav elektriskā lauka. Tas norādīja, ka elektrostatiskie spēki mainās atkarībā no attāluma starp ķermeņiem. Precīzāk, distances kvadrāts. Tad viņa pētījumi netika publicēti. Vēsturiski šis atklājums tika nosaukts Kulona vārdā, tāds pats nosaukums ir arī vērtībai, kurā tiek mērīts lādiņš.
Formulējums
Kulona likuma definīcija ir šāda: Vakuumā Divu uzlādētu ķermeņu F mijiedarbība ir tieši proporcionāla to moduļu reizinājumam un apgriezti proporcionāla attāluma kvadrātam starp tiem.
Tas izklausās īsi, bet tas var nebūt skaidrs visiem. Vienkāršiem vārdiem sakot: Jo lielāks lādiņš ir ķermeņiem un jo tuvāk tie atrodas viens otram, jo lielāks spēks.
Un otrādi: Ja palielināsiet attālumu starp lādiņiem, spēks kļūs mazāks.
Kulona likuma formula izskatās šādi:
Burtu apzīmējumi: q ir lādiņa lielums, r attālums starp tiem, k koeficients, atkarīgs no izvēlētās mērvienību sistēmas.
Lādiņa q vērtība var būt nosacīti pozitīva vai nosacīti negatīva. Šis sadalījums ir ļoti patvaļīgs. Kad ķermeņi nonāk saskarē, to var pārnest no viena uz otru. No tā izriet, ka vienam un tam pašam ķermenim var būt dažāda lieluma un zīmes lādiņš. Punkta lādiņš ir lādiņš vai ķermenis, kura izmēri ir daudz mazāki par iespējamās mijiedarbības attālumu.
Jāpatur prātā, ka vide, kurā atrodas lādiņi, ietekmē F mijiedarbību. Tā kā tas ir gandrīz vienāds gan gaisā, gan vakuumā, Kulona atklājums ir piemērojams tikai šīm vidēm, tas ir viens no nosacījumiem šāda veida formulas pielietošanai. Kā jau minēts, SI sistēmā lādiņa mērvienība ir Kulons, saīsināts Cl. Tas raksturo elektroenerģijas daudzumu laika vienībā. Atvasināts no SI bāzes vienībām.
1 Cl = 1 A * 1 s
Jāņem vērā, ka 1 C izmērs ir lieks. Sakarā ar to, ka nesēji atgrūž viens otru, tos ir grūti noturēt mazā korpusā, lai gan paša 1A strāva ir maza, ja tā plūst vadītājā. Piemēram, tajā pašā 100 W kvēlspuldzē plūst strāva 0,5 A, bet elektriskajā sildītājā - vairāk nekā 10 A. Šāds spēks (1 C) ir aptuveni vienāds ar spēku, kas iedarbojas uz ķermeni, kura masa ir 1 tonna no zemeslodes puses.
Jūs, iespējams, pamanījāt, ka formula ir praktiski tāda pati kā gravitācijas mijiedarbībā, tikai tad, ja Ņūtona mehānikā parādās masas, tad elektrostatikā parādās lādiņi.
Kulona formula dielektriskai videi
Koeficients, ņemot vērā SI sistēmas vērtības, tiek noteikts N2* m2/Кл2. Tas ir vienāds ar:
Daudzās mācību grāmatās šo koeficientu var atrast daļskaitļa veidā:
Šeit E0= 8,85 * 10-12 Cl2 / N * m2 ir elektriskā konstante. Dielektriķim pievieno E - vides dielektrisko konstanti, tad var izmantot Kulona likumu, lai aprēķinātu lādiņu mijiedarbības spēkus vakuumam un videi.
Ņemot vērā dielektriķa ietekmi, tas izskatās šādi:
No šejienes mēs redzam, ka dielektriķa ievadīšana starp ķermeņiem samazina spēku F.
Kā tiek virzīti spēki
Lādiņi mijiedarbojas savā starpā atkarībā no to polaritātes – tie paši atgrūž, bet pretējie (pretēji) piesaista.
Starp citu, šī ir galvenā atšķirība no līdzīga gravitācijas mijiedarbības likuma, kur ķermeņi vienmēr tiek piesaistīti. Spēki ir vērsti pa līniju, kas novilkta starp tām, ko sauc par rādiusa vektoru. Fizikā apzīmēts kā r12 un kā rādiusa vektors no pirmās uz otro lādiņu un otrādi. Spēki tiek virzīti no lādiņa centra uz pretējo lādiņu pa šo līniju, ja lādiņi ir pretēji, un pretējā virzienā, ja tiem ir vienāds nosaukums (divi pozitīvi vai divi negatīvi). Vektora formā:
Spēks, kas pielikts pirmajam lādiņam no otrā puses, tiek apzīmēts kā F12. Tad vektora formā Kulona likums izskatās šādi:
Lai noteiktu spēku, kas pielikts otrajam lādiņam, apzīmējums F21 un R21.
Ja ķermenim ir sarežģīta forma un tas ir pietiekami liels, lai noteiktā attālumā to nevarētu uzskatīt par punktveida lādiņu, tad to sadala mazās daļās un katru posmu uzskata par punktveida lādiņu. Pēc visu iegūto vektoru ģeometriskās saskaitīšanas tiek iegūts iegūtais spēks. Atomi un molekulas mijiedarbojas viens ar otru saskaņā ar vienu un to pašu likumu.
Pielietojums praksē
Kulona darbi ir ļoti nozīmīgi elektrostatikā, praksē tie tiek izmantoti vairākos izgudrojumos un ierīcēs. Spilgts piemērs ir zibensnovedējs. Ar tās palīdzību ēkas un elektroinstalācijas tiek pasargātas no pērkona negaisiem, tādējādi novēršot ugunsgrēku un iekārtu bojājumus. Kad līst ar pērkona negaisu, uz zemes parādās liela mēroga inducēts lādiņš, tie tiek piesaistīti mākoņa virzienā. Izrādās, ka uz zemes virsmas parādās liels elektriskais lauks. Blakus zibensnovedēja galam tam ir liela vērtība, kā rezultātā no gala (no zemes, caur zibensnovedēju uz mākoni) aizdegas korona izlāde. Saskaņā ar Kulona likumu lādiņš no zemes tiek piesaistīts pretējam mākoņa lādiņam. Gaiss tiek jonizēts, un elektriskā lauka stiprums zibens stieņa galā samazinās. Tādējādi lādiņi uz ēkas neuzkrājas, un tādā gadījumā zibens spēriena iespējamība ir maza. Ja notiek trieciens ēkai, tad caur zibensnovedēju visa enerģija nonāks zemē.
Nopietnos zinātniskos pētījumos tiek izmantota 21. gadsimta lielākā struktūra - daļiņu paātrinātājs. Tajā elektriskais lauks veic darbu, lai palielinātu daļiņas enerģiju. Aplūkojot šos procesus no lādiņu grupas ietekmes uz punktveida lādiņu viedokļa, tad visas likuma attiecības izrādās patiesas.
Visbeidzot, iesakām noskatīties video, kurā sniegts detalizēts Kulona likuma skaidrojums:
Noderīgs par tēmu:
- Džoula-Lenca likums
- Vadītāja pretestības atkarība no temperatūras
- Gimp noteikumi
- Oma likums vienkāršos vārdos
