कुलॉम्बचा कायदा, व्याख्या आणि सूत्र - विद्युत बिंदू शुल्क आणि त्यांचे परस्परसंवाद

चार्ज केलेल्या शरीरांमध्ये परस्परसंवाद शक्ती आहे, ज्याद्वारे ते एकमेकांना आकर्षित करू शकतात किंवा दूर करू शकतात. कुलॉम्बचा कायदा या शक्तीचे वर्णन करतो आणि शरीराच्या आकार आणि आकारावर अवलंबून त्याच्या प्रभावाची व्याप्ती दर्शवितो. या भौतिक कायद्याची या लेखात चर्चा केली जाईल.

स्थिर बिंदू शुल्क

कुलॉम्बचा नियम स्थिर शरीरांना लागू होतो ज्यांचा आकार इतर वस्तूंपासून त्यांच्या अंतरापेक्षा खूपच लहान आहे. अशा शरीरावर एक बिंदू विद्युत शुल्क केंद्रित आहे. शारीरिक समस्या सोडवताना, प्रश्नातील शरीराच्या आकारांकडे दुर्लक्ष केले जाते, कारण त्यांना फारसा फरक पडत नाही.

सराव मध्ये, विश्रांती बिंदू शुल्क खालीलप्रमाणे चित्रित केले आहे:

या प्रकरणात प्र₁ आणि q₂ - आहेत सकारात्मक इलेक्ट्रिक चार्जेस आणि कूलॉम्ब फोर्स त्यांच्यावर कार्य करते (आकृतीमध्ये दर्शवलेले नाही). पॉइंट ऑब्जेक्ट्सचा आकार काही फरक पडत नाही.

लक्षात ठेवा! विश्रांती शुल्क एकमेकांपासून दिलेल्या अंतरावर स्थित आहेत, जे समस्यांमध्ये सामान्यतः r अक्षराने दर्शविले जातात. पुढे पेपरमध्ये आम्ही या शुल्कांचा व्हॅक्यूममध्ये विचार करू.

चार्ल्स कुलॉम्बचे टॉर्शन स्केल

1777 मध्ये कुलॉम्बने विकसित केलेल्या या उपकरणाने शक्तीचे अवलंबित्व प्राप्त करण्यास मदत केली, ज्याला नंतर त्याचे नाव देण्यात आले. हे पॉइंट चार्जेस तसेच चुंबकीय ध्रुवांच्या परस्परसंवादाचा अभ्यास करण्यासाठी वापरले जाते.

टॉर्शन स्केलमध्ये एक लहान रेशीम धागा असतो, जो उभ्या विमानात असतो, ज्यावर एक संतुलित लीव्हर लटकतो. लीव्हरच्या टोकांवर पॉइंट चार्जेस असतात.

बाह्य शक्तींच्या कृती अंतर्गत, लीव्हर क्षैतिजरित्या हलण्यास सुरवात करतो. थ्रेडच्या लवचिक शक्तीने संतुलित होईपर्यंत लीव्हर विमानात फिरेल.

हालचालीच्या प्रक्रियेत, लीव्हर उभ्या अक्षापासून एका विशिष्ट कोनाने विचलित होतो. हे d म्हणून घेतले जाते आणि त्याला रोटेशनचा कोन म्हणतात. या पॅरामीटरचे मूल्य जाणून घेतल्यास, आपण उद्भवणार्या शक्तींचे टॉर्क शोधू शकता.

चार्ल्स कुलॉम्बचे टॉर्सनल स्केल खालीलप्रमाणे दिसतात:

समानुपातिकता k आणि विद्युत स्थिरांकाचा गुणांक

कौलॉम्बच्या कायद्याच्या सूत्रामध्ये k पॅरामीटर्स आहेत, आनुपातिकतेचे गुणांक किंवा - विद्युत स्थिरांक. विद्युत स्थिरांक अनेक संदर्भ पुस्तके, पाठ्यपुस्तके, इंटरनेट मध्ये सादर केले आहे आणि ते मोजण्याची गरज नाही! वर आधारित व्हॅक्यूममधील आनुपातिकतेचे गुणांक सुप्रसिद्ध सूत्र वापरून शोधले जाऊ शकते:

येथे - विद्युत स्थिरांक,

- क्रमांक pi,

- व्हॅक्यूममधील आनुपातिकतेचे गुणांक.

अतिरिक्त माहिती! वरील पॅरामीटर्स जाणून घेतल्याशिवाय, दोन पॉइंट इलेक्ट्रिक चार्जेसमधील परस्परसंवाद बल शोधणे अशक्य आहे.
कुलॉम्बच्या कायद्याचे सूत्र आणि सूत्र

वरील सारांश देण्यासाठी, इलेक्ट्रोस्टॅटिक्सच्या मुख्य कायद्याचे अधिकृत सूत्रीकरण देणे आवश्यक आहे. हे फॉर्म घेते:

व्हॅक्यूममधील दोन विश्रांती बिंदू शुल्कांचे परस्परसंवाद बल या शुल्कांच्या गुणाकाराच्या थेट प्रमाणात आणि त्यांच्यामधील अंतराच्या वर्गाच्या व्यस्त प्रमाणात असते. आणि शुल्काचे उत्पादन मोड्यूलो घेतले पाहिजे!

या सूत्रात q₁ आणि q₂ - पॉइंट चार्जेस आहेत, मानले जाणारे शरीर; आर² - या शरीरांमधील विमानावरील अंतर, चौरस म्हणून घेतले जाते; k हा आनुपातिकतेचा घटक आहे ( व्हॅक्यूमसाठी).

कूलॉम्ब बलाची दिशा आणि सूत्राचे वेक्टर फॉर्म

सूत्र पूर्णपणे समजून घेण्यासाठी कूलॉम्बचा नियम दृश्यमानपणे चित्रित केला जाऊ शकतो:

एफ_1,2 - दुसर्‍याच्या संदर्भात पहिल्या चार्जचे परस्परसंवाद बल आहे.

एफ_2,1 - पहिल्याच्या संदर्भात दुसऱ्या शुल्काची परस्परसंवाद शक्ती आहे.

तसेच, इलेक्ट्रोस्टॅटिक्स समस्या सोडवताना, एक महत्त्वाचा नियम विचारात घेणे आवश्यक आहे: समान-नावाचे विद्युत शुल्क मागे टाकतात आणि विरुद्ध-नावाचे शुल्क आकर्षित करतात. हे आकृतीमधील परस्परसंवाद शक्तींचे स्थान निर्धारित करते.

विरुद्ध शुल्क विचारात घेतल्यास, त्यांच्या परस्परसंवादाची शक्ती एकमेकांकडे निर्देशित केली जाईल, त्यांचे आकर्षण दर्शवेल.

वेक्टर स्वरूपात इलेक्ट्रोस्टॅटिक्सच्या मूलभूत कायद्याचे सूत्र खालीलप्रमाणे दर्शविले जाऊ शकते:

- बिंदू चार्ज q1 वर कार्य करणारे बल, चार्ज q2 च्या बाजूला,

- q1 चार्ज करण्यासाठी चार्ज q2 ला जोडणारा त्रिज्या-वेक्टर,

महत्वाचे! व्हेक्टर स्वरूपात सूत्र लिहिल्यानंतर, चिन्हे योग्यरित्या ठेवण्यासाठी दोन बिंदू विद्युत शुल्काच्या परस्परसंवादी बलांना अक्षावर प्रक्षेपित करावे लागेल. ही कृती एक औपचारिकता आहे आणि बर्‍याचदा कोणत्याही नोट्सशिवाय मानसिकरित्या केली जाते.

जेथे Coulomb चा कायदा व्यवहारात लागू होतो

इलेक्ट्रोस्टॅटिक्सचा मूलभूत नियम हा चार्ल्स कूलॉम्बचा सर्वात महत्त्वाचा शोध आहे, ज्याने अनेक क्षेत्रांमध्ये त्याचा उपयोग केला आहे.

प्रसिद्ध भौतिकशास्त्रज्ञांचे कार्य विविध उपकरणे, साधने, उपकरणे शोधण्याच्या प्रक्रियेत वापरले गेले. उदाहरणार्थ, लाइटनिंग रॉड.

विजेच्या रॉड्सचा वापर करून, वादळाच्या वेळी घरे आणि इमारतींचे विजेपासून संरक्षण केले जाते. अशा प्रकारे, विद्युत उपकरणांच्या संरक्षणाची डिग्री वाढते.

लाइटनिंग रॉड खालील तत्त्वावर कार्य करतात: गडगडाटी वादळाच्या वेळी मजबूत इंडक्शन चार्ज हळूहळू जमिनीवर जमा होतात, जे वर येतात आणि ढगांकडे आकर्षित होतात. यामुळे जमिनीवर लक्षणीय विद्युत क्षेत्र तयार होते. लाइटनिंग रॉडजवळ, इलेक्ट्रिक फील्ड मजबूत होते, ज्यामुळे यंत्राच्या टोकापासून कोरोना इलेक्ट्रिक चार्ज प्रज्वलित होतो.

मग जमिनीवर तयार झालेला प्रभार चार्ल्स कुलॉम्बच्या नियमानुसार विरुद्ध चिन्हासह मेघ प्रभाराकडे आकर्षित होऊ लागतो. मग हवेचे आयनीकरण केले जाते आणि विजेच्या रॉडच्या शेवटी विद्युत क्षेत्राची ताकद कमी होते. त्यामुळे इमारतीत वीज पडण्याचा धोका कमी आहे.

कृपया लक्षात ठेवा! जर विजेचा रॉड असलेल्या इमारतीला धडक दिली तर आग लागणार नाही आणि सर्व ऊर्जा जमिनीत जाईल.

कौलॉम्बच्या कायद्याच्या आधारे, "पार्टिकल एक्सीलरेटर" नावाचे उपकरण विकसित केले गेले आणि आज त्याला खूप मागणी आहे.

हे उपकरण एक मजबूत विद्युत क्षेत्र तयार करते, ज्यामुळे त्यात प्रवेश करणाऱ्या कणांची ऊर्जा वाढते.

कुलॉम्बच्या कायद्यातील सैन्याची दिशा

वर सांगितल्याप्रमाणे, दोन पॉइंट इलेक्ट्रिक चार्जेसच्या परस्परसंवादी शक्तींची दिशा त्यांच्या ध्रुवीयतेवर अवलंबून असते. म्हणजेच, समान-शेजारी शुल्क मागे घेतील आणि विरुद्ध-शेजारी शुल्क आकर्षित करतील.

कुलॉम्ब बलांना त्रिज्या-वेक्टर देखील म्हटले जाऊ शकते, कारण ते त्रिज्या-वेक्टर सारखेच असतात. ते त्यांच्या दरम्यान काढलेल्या रेषेने निर्देशित केले जातात.

काही भौतिक समस्यांमध्ये जटिल आकाराचे शरीर असतात, जे पॉइंट इलेक्ट्रिक चार्ज म्हणून घेतले जाऊ शकत नाहीत, म्हणजे त्याच्या आकाराकडे दुर्लक्ष करणे. या परिस्थितीत, प्रश्नातील शरीर अनेक लहान भागांमध्ये विभागले गेले पाहिजे आणि प्रत्येक भागाची स्वतंत्रपणे गणना केली पाहिजे, कूलॉम्बचा नियम लागू करा.

विभागामध्ये प्राप्त बल वेक्टर बीजगणित आणि भूमितीच्या नियमांद्वारे एकत्रित केले जातात. परिणाम म्हणजे परिणामी शक्ती, जे समस्येचे उत्तर असेल.सोल्यूशनच्या या पद्धतीला बहुतेक वेळा त्रिकोण पद्धत म्हणून संबोधले जाते.

कायद्याच्या शोधाचा इतिहास

वर चर्चा केलेल्या कायद्याद्वारे दोन बिंदू शुल्कांचा परस्परसंवाद प्रथम 1785 मध्ये चार्ल्स कुलॉम्ब यांनी सिद्ध केला. भौतिकशास्त्रज्ञाने टॉर्शन स्केलचा वापर करून तयार केलेल्या कायद्याची सत्यता सिद्ध करण्यात व्यवस्थापित केले, ज्याच्या ऑपरेशनचे सिद्धांत देखील लेखात सादर केले गेले.

गोलाकार कॅपेसिटरमध्ये कोणतेही विद्युत शुल्क नसते हे देखील कुलॉम्बने सिद्ध केले. अशाप्रकारे तो या प्रतिपादनापर्यंत पोहोचला की इलेक्ट्रोस्टॅटिक शक्तींचे परिमाण प्रश्नातील शरीरांमधील अंतर बदलून बदलले जाऊ शकते.

अशा प्रकारे, कुलॉम्बचा नियम हा अजूनही इलेक्ट्रोस्टॅटिक्सचा सर्वात महत्त्वाचा नियम आहे, ज्याच्या आधारावर अनेक महान शोध लावले गेले आहेत. या लेखात, कायद्याची अधिकृत रचना सादर केली गेली आहे आणि त्याचे घटक भाग तपशीलवार वर्णन केले आहेत.

संबंधित लेख: