Der er en vekselvirkningskraft mellem ladede legemer, som gør, at de kan tiltrække eller frastøde hinanden. Coulombs lov beskriver denne kraft og viser, i hvilket omfang den virker i forhold til kroppens størrelse og form. Denne fysiske lov vil blive behandlet i denne artikel.
Indhold
Stationære punktopladninger
Coulombs lov gælder for stationære legemer, hvis størrelse er meget mindre end deres afstand til andre objekter. Der er en elektrisk punktladning på sådanne legemer. Når man løser fysiske problemer, ser man bort fra dimensionerne af de pågældende legemer, fordi de ikke har nogen stor betydning.
I praksis repræsenteres hvilende punktladninger på følgende måde:
I dette tilfælde q1 og q2 - er positiv elektriske ladninger, og de påvirkes af Coulomb-styrken (ikke vist på figuren). Størrelsen af punktobjekter er ligegyldig.
Bemærk! De hvilende ladninger er placeret i en given afstand fra hinanden, som i problemerne normalt betegnes med bogstavet r. I det følgende vil disse afgifter blive undersøgt i vakuum.
Charles Coulomb's torsionsskalaer
Dette apparat, der blev udviklet af Coulomb i 1777, var med til at udlede afhængigheden af den kraft, der senere blev opkaldt efter ham. Den bruges til at studere interaktionen mellem punktladninger og magnetiske poler.
Torsionsvægte har en lille silketråd, der er placeret i et lodret plan, hvorpå der hænger en afbalanceret løftestang. Der er punktladninger i enderne af håndtaget.
Under påvirkning af ydre kræfter begynder håndtaget at foretage vandrette bevægelser. Løftestangen vil bevæge sig i planet, indtil den er afbalanceret af den elastiske kraft fra tråden.
Under bevægelsen afbøjes håndtaget fra den lodrette akse i en vis vinkel. Denne værdi er d og kaldes rotationsvinklen. Når du kender værdien af denne parameter, kan du finde drejningsmomentet for de kræfter, der opstår.
Charles Coulomb's torsionsskalaer ser således ud:
Proportionalitetskoefficienten k og den elektriske konstant 
Coulombs lovformel har parametrene k - proportionalitetskoefficienten eller - den elektriske konstant. Den elektriske konstant findes i mange opslagsværker, lærebøger og på internettet, og det behøver ikke at blive beregnet! Proportionalitetskoefficienten i et vakuum baseret på kan findes efter den velkendte formel:
Her 
- elektrisk konstant,
- antallet af pi,
- er proportionalitetskoefficienten i et vakuum.
Yderligere oplysninger! Uden at kende ovenstående parametre er det ikke muligt at finde vekselvirkningskraften mellem to elektriske punktladninger.
Formulering og formel for Coulomb's lov
For at opsummere ovenstående bør der gives en formel formulering af elektrostatikkens hovedlov. Dette sker på følgende måde:
Interaktionskraften mellem to hvilende punktladninger i et vakuum er direkte proportional med produktet af disse ladninger og omvendt proportional med kvadratet på afstanden mellem dem. Og produktet af ladninger skal tages modulo!
I denne formel q1 og q2 - er punktladninger, de betragtede legemer; r2 - er afstanden i et plan mellem disse legemer, taget som et kvadrat; k er proportionalitetsfaktoren (
for et vakuum).
Retningen af Coulomb-kraft og vektorformen af formlen
For at forstå formlen fuldt ud kan Coulombs lov fremstilles visuelt:
F1,2 - er den første ladnings vekselvirkningskraft i forhold til den anden.
F2,1 - er den anden ladnings vekselvirkningskraft i forhold til den første.
En anden vigtig regel, der skal tages i betragtning, når du løser elektrostatikproblemer, er, at ens ladninger frastøder hinanden, og at ens ladninger tiltrækker hinanden. Dette bestemmer placeringen af vekselvirkningskræfterne i figuren.
Hvis der er tale om modsatrettede ladninger, vil vekselvirkningskræfterne være rettet mod hinanden, hvilket repræsenterer deres tiltrækning.
Formlen for den grundlæggende elektrostatiske lov kan repræsenteres i vektorform på følgende måde
- Den kraft, der virker på punktladningen q1, på ladningssiden q2,
- er radius-vektoren, der forbinder ladning q2 med ladning q1,
Vigtigt! Ved at skrive formlen i vektorform skal de vekselvirkende kræfter fra to elektriske punktladninger projiceres på aksen for at sætte tegnene korrekt. Denne handling er en formalitet og udføres ofte mentalt uden noter.
Hvor Coulombs lov finder anvendelse i praksis
Den grundlæggende lov om elektrostatik er Charles Coulombs vigtigste opdagelse, som har fundet anvendelse inden for mange områder.
Den berømte fysikers arbejde blev brugt i forbindelse med opfindelsen af forskellige anordninger, instrumenter og apparater. F.eks. lynaflederen.
Lynstænger bruges til at beskytte huse og bygninger mod lynnedslag under tordenvejr. Dette øger beskyttelsesgraden for elektrisk udstyr.
Lynafledere fungerer efter følgende princip: I et tordenvejr opbygges der gradvist stærke induktionsladninger på jorden, som derefter bæres opad og tiltrækkes af skyerne. Dette skaber et stort elektrisk felt på jorden. Tæt på lynaflederen bliver det elektriske felt stærkere, så en elektrisk koronal ladning antændes fra spidsen af anordningen.
Den ladning, der dannes på jorden, tiltrækkes derefter af ladningen på skyen med modsat fortegn, som det skal være ifølge Coulombs lov. Luften gennemgår derefter en ioniseringsproces, og det elektriske felt bliver mindre stærkt nær lynstangen. Dermed er risikoen for lynnedslag i bygningen minimal.
Bemærk venligst! Hvis en bygning, hvor der er monteret en lynafleder, rammes, vil der ikke opstå nogen brand, og al energien vil slippe ud i jorden.
Baseret på Coulombs lov er der blevet udviklet en anordning kaldet "Partikelaccelerator", som er meget efterspurgt i dag.
Denne anordning skaber et stærkt elektrisk felt, som øger energien af de partikler, der kommer ind i den.
Kræfternes retning i Coulomb's lov
Som nævnt ovenfor afhænger retningen af de vekselvirkende kræfter mellem to elektriske punktladninger af deres polaritet. Det vil sige, at ens ladninger med samme polaritet vil frastøde hinanden, og ladninger med modsat polaritet vil tiltrække hinanden.
Coulombkræfter kan også kaldes en radiusvektor, fordi de er rettet langs en linje, der er trukket mellem dem.
I nogle fysikproblemer er der givet organer af kompleks form, som ikke kan opfattes som en elektrisk punktladning, dvs. at dimensionerne ikke tages i betragtning. I en sådan situation skal det pågældende legeme opdeles i flere små dele, og hver del skal beregnes separat under anvendelse af Coulombs lov.
De kraftvektorer, der fremkommer ved at bryde dem op, summeres efter algebraens og geometriens regler. Resultatet er den resulterende kraft, som er svaret på problemet. Denne løsningsmetode kaldes ofte for trekantmetoden.
Historien om opdagelsen af loven
Vekselvirkningen mellem to punktladninger i henhold til ovenstående lov blev bevist for første gang i 1785 af Charles Coulomb. Det lykkedes fysikeren at bevise sandheden af den formulerede lov ved hjælp af torsionsvægte, hvis princip også blev præsenteret i artiklen.
Coulomb beviste også, at der ikke er nogen elektrisk ladning i en kugleformet kondensator. På denne måde nåede han frem til, at størrelsen af de elektrostatiske kræfter kan ændres ved at ændre afstanden mellem de pågældende legemer.
Coulombs lov er således stadig den vigtigste lov inden for elektrostatik, som har dannet grundlag for mange store opdagelser. I denne artikel er den officielle formulering af loven blevet præsenteret, og dens bestanddele er blevet beskrevet i detaljer.
Relaterede artikler:
