Kulona likums, definīcija un formula - punktu elektriskie lādiņi un to mijiedarbība

Starp uzlādētiem ķermeņiem pastāv mijiedarbības spēks, ar kuru tie var viens otru pievilkt vai atgrūzt. Kulona likums apraksta šo spēku un parāda, cik lielā mērā tas darbojas atkarībā no paša ķermeņa lieluma un formas. Šis fizikālais likums tiks aplūkots šajā rakstā.

Kulona likuma formula.

Saturs

1 Stacionārā punkta lādiņi
2 Čārlza Kulona vērpes skalas
3 Proporcionalitātes koeficients k un elektriskā konstante
4 Kulona spēka virziens un vektora formulējums
5 Kur praksē tiek piemērots Kulona likums
6 Spēka virziens Kulona likumā
7 Atklājuma vēsture

Stacionārā punkta lādiņi

Kulona likums attiecas uz nekustīgiem ķermeņiem, kuru izmērs ir daudz mazāks par to attālumu no citiem objektiem. Šādiem ķermeņiem ir punktveida elektriskais lādiņš. Risinot fizikālas problēmas, attiecīgo ķermeņu izmēri tiek atstāti novārtā, jo tiem nav lielas nozīmes.

Praksē miera punktu lādiņus attēlo šādi:

Punktveida pozitīvi lādēts lādiņš q1.

Šajā gadījumā q₁ un q₂ - ir pozitīvs elektriskie lādiņi, un tos ietekmē Kulona spēks (attēlā nav parādīts). Punktu objektu lielumam nav nozīmes.

Piezīme! Atpūtas lādiņi atrodas noteiktā attālumā viens no otra, ko uzdevumos parasti apzīmē ar burtu r. Tālāk šajā dokumentā šīs maksas tiks aplūkotas vakuumā.

Čārlza Kulona vērpes skalas

Šis aparāts, ko Kulons izstrādāja 1777. gadā, palīdzēja noteikt spēka atkarību, kas vēlāk tika nosaukta viņa vārdā. To izmanto, lai pētītu punktveida lādiņu, kā arī magnētisko polu mijiedarbību.

Torsijas svariem ir neliels zīda pavediens, kas novietots vertikālā plaknē, uz kura karājas līdzsvarota svira. Sviras galos ir punktveida lādiņi.

Darbojoties ārējiem spēkiem, svira sāk veikt horizontālas kustības. Svira kustēsies plaknē, līdz to līdzsvaros diega elastīgais spēks.

Pārvietošanas procesā svira novirzās no vertikālās ass noteiktā leņķī. To uzskata par d, un to sauc par rotācijas leņķi. Zinot šī parametra vērtību, var noteikt radušos spēku griezes momentu.

Lasiet arī: Kas ir elektriskā strāva vienkāršā valodā

Čārlza Kulona vērpes skalas izskatās šādi:

Čārlza Kulona vērpes skalas.

Proporcionalitātes koeficients k un elektriskā konstante $\varepsilon_0$

Kulona likuma formulā ir parametri k - proporcionalitātes koeficients jeb $\varepsilon_0$ - elektriskā konstante. Elektriskā konstante $\varepsilon_0$ ir sniegts daudzās uzziņu grāmatās, mācību grāmatās, internetā, un tas nav jāaprēķina! Proporcionalitātes koeficients vakuumā, pamatojoties uz $\varepsilon_0$ var atrast pēc labi zināmās formulas:

$k = \frac {1}{4\cdot \pi\cdot \varepsilon_0}$

Šeit $\varepsilon_0=8.85\cdot 10^{ -12} \frac {C^2}{H\cdot m^2}$ - elektriskā konstante,

${\pi=3,14$ - pi skaits,

$k=9{cdot 10^{9} \frac {H\cdot m^2}{C^2}$ - ir proporcionalitātes koeficients vakuumā.

Vairāk informācijas! Nezinot iepriekš minētos parametrus, nav iespējams noteikt mijiedarbības spēku starp diviem punktveida elektriskajiem lādiņiem.
Kulona likuma formulējums un formula

Apkopojot iepriekš teikto, ir jāsniedz elektrostatikas galvenā likuma formāls formulējums. Tas izpaužas šādi:

Divu nekustīgu punktveida lādiņu mijiedarbības spēks vakuumā ir tieši proporcionāls šo lādiņu reizinājumam un apgriezti proporcionāls attāluma starp tiem kvadrātam. Un maksas reizinājums ir jāņem modulo!

$F=k\cdot \frac {|q_1|\cdot |q_2|}{r^2}$

Šajā formulā q₁ un q₂- ir punktveida lādiņi, aplūkojamie ķermeņi; r² - ir attālums plaknē starp šiem ķermeņiem, kas izteikts kā kvadrāts; k ir proporcionalitātes koeficients ( $9\cdot 10^{9} \frac {H\cdot m^2}{C^2}$ vakuumam).

Kulona spēka virziens un formulas vektora forma

Lai pilnībā izprastu formulu, Kulona likumu var attēlot vizuāli:

Kulona spēka virziens diviem vienas polaritātes punktveida lādiņiem.

F_1,2- ir pirmā lādiņa mijiedarbības spēks attiecībā pret otro lādiņu.

F_2,1- ir otrā lādiņa mijiedarbības spēks attiecībā pret pirmo lādiņu.

Risinot elektrostatikas uzdevumus, jāņem vērā arī svarīgs noteikums, ka līdzīgi lādiņi atgrūžas un līdzīgi lādiņi pievelkas. Tas nosaka mijiedarbības spēku stāvokli attēlā.

Ja tiek ņemti vērā pretēji lādiņi, mijiedarbības spēki būs vērsti viens pret otru, atspoguļojot to pievilkšanos.

Kulona spēka virziens diviem dažādas polaritātes punktveida lādiņiem.

Elektrostatikas pamatlikuma formulu var attēlot vektora formā šādi.

$\vec F_1_2=\frac {1}{4\cdot \pi\cdot \varepsilon_0}\cdot \frac {q_1\cdot q_2}{r_1_2^3}\cdot \vec r_1_2$

$\vec F_1_2$ - Spēks, kas iedarbojas uz punktveida lādiņu q1, uz lādiņa pusi q2,

${\vec r_1_2}$ - ir rādiusa vektors, kas savieno lādiņu q2 ar lādiņu q1,

Lasiet arī: Kā izgatavot elektronisko shēmu mājās?

$r=||||\vec r_1_2|$

Svarīgi! Rakstot formulu vektora formā, divu punktu elektrisko lādiņu mijiedarbības spēki būs jāprojektē uz ass, lai pareizi saliktu zīmes. Šī darbība ir formalitāte, un bieži vien to veic mentāli, bez piezīmēm.

Kur praksē tiek piemērots Kulona likums

Elektrostātikas pamatlikums ir svarīgākais Čārlza Kulona atklājums, kas atrod pielietojumu daudzās jomās.

Slavenā fiziķa darbs tika izmantots dažādu ierīču, instrumentu un aparātu izgudrošanas procesā. Piemēram, zibensnovedējs.

Zibensvadi tiek izmantoti, lai negaisa laikā pasargātu mājas un ēkas no zibens. Tas palielina elektroiekārtu aizsardzības pakāpi.

Zibensvadi darbojas pēc šāda principa: negaisa laikā uz zemes pakāpeniski veidojas spēcīgi indukcijas lādiņi, kas pēc tam tiek pārnesti augšup mākoņos. Tas rada lielu elektrisko lauku uz zemes. Tuvu zibens novadam elektriskais lauks kļūst spēcīgāks, tāpēc no ierīces gala tiek aizdedzināts koronas elektriskais lādiņš.

Uz zemes izveidojies lādiņš tiek piesaistīts mākonī esošajam lādiņam ar pretēju zīmi, kā tam vajadzētu būt saskaņā ar Kulona likumu. Tad gaisā notiek jonizācijas process, un elektriskā lauka intensitāte zibensnovedēja gala tuvumā kļūst zemāka. Tādējādi risks, ka zibens var trāpīt ēkā, ir minimāls.

Lūdzu, ņemiet vērā! Ja trāpa ēka, uz kuras uzstādīts zibensnovedējs, ugunsgrēks neradīsies, bet visa enerģija izplūdīs zemē.

Pamatojoties uz Kulona likumu, ir izstrādāta ierīce "Daļiņu paātrinātājs", kas mūsdienās ir ļoti pieprasīta.

Šī ierīce rada spēcīgu elektrisko lauku, kas palielina tajā nonākošo daļiņu enerģiju.

Spēku virziens Kulona likumā

Kā minēts iepriekš, divu punktu elektrisko lādiņu mijiedarbības spēku virziens ir atkarīgs no to polaritātes. Tas nozīmē, ka līdzīgi lādiņi ar vienādu polaritāti atgrūžas, bet lādiņi ar pretēju polaritāti pievelkas.

Lasiet arī: Kā izveidot metāla detektoru ar savām rokām, palīdzība iesācējiem

Kulona spēku var saukt arī par rādiusa vektoru, jo tie ir vērsti gar līniju, kas novilkta starp tiem.

Dažos fizikas uzdevumos ir doti sarežģītas formas ķermeņi, kurus nevar uzskatīt par punktveida elektrisko lādiņu, t. i., to izmēri tiek atstāti novārtā. Šādā situācijā attiecīgais ķermenis jāsadala vairākās mazās daļās un katra daļa jāaprēķina atsevišķi, piemērojot Kulona likumu.

Spēka vektori, kas iegūti, tos sadalot, tiek summēti saskaņā ar algebras un ģeometrijas noteikumiem. Rezultāts ir iegūtais spēks, kas ir atbilde uz problēmu. Šo risināšanas metodi bieži sauc par trijstūra metodi.

Kulona spēka vektoru virziens.

Likuma atklāšanas vēsture

Divu punktveida lādiņu mijiedarbību saskaņā ar iepriekš minēto likumu pirmo reizi 1785. gadā pierādīja Čārlzs Kulons. Fiziķim izdevās pierādīt formulētā likuma patiesumu, izmantojot vērpes skalas, kuru princips arī tika izklāstīts rakstā.

Kulons arī pierādīja, ka sfēriskā kondensatorā nav elektriskā lādiņa. Tā viņš nonāca pie apgalvojuma, ka elektrostatisko spēku lielumu var mainīt, mainot attālumu starp attiecīgajiem ķermeņiem.

Tādējādi Kulona likums joprojām ir vissvarīgākais elektrostatikas likums, uz kura pamata ir veikti daudzi lieli atklājumi. Šajā rakstā ir sniegts oficiālais likuma formulējums un detalizēti aprakstītas tā sastāvdaļas.

Saistītie raksti: