Lei, definição e fórmula de Coulomb - cargas eléctricas pontuais e a sua interacção

Existe uma força de interacção entre os corpos carregados, através da qual se podem atrair ou repelir uns aos outros. A lei de Coulomb descreve esta força e mostra até que ponto ela actua de acordo com o tamanho e a forma do próprio corpo. Esta lei física será tratada neste artigo.

A fórmula da lei Coulomb.

Conteúdos

1 Taxas de ponto estacionário
2 As escalas de torção de Charles Coulomb
3 O coeficiente de proporcionalidade k e a constante eléctrica
4 Direcção da força Coulomb e formulação vectorial
5 Onde a lei de Coulomb se aplica na prática
6 A direcção da força na lei de Coulomb
7 História da descoberta

Taxas de ponto estacionário

A lei de Coulomb aplica-se a corpos estacionários cujo tamanho é muito menor do que a sua distância de outros objectos. Existe uma carga eléctrica pontual em tais corpos. Ao resolver problemas físicos, as dimensões dos corpos em questão são negligenciadas porque não têm muita importância.

Na prática, as cargas dos pontos de descanso são representadas da seguinte forma:

Uma carga de ponto de carga positiva q1. Carga de ponto positivo q2.

Neste caso q₁ e q₂ - são positivo cargas eléctricas e são afectadas pela força Coulomb (não mostrada na figura). O tamanho dos objectos pontiagudos não importa.

Nota! As cargas de repouso estão localizadas a uma determinada distância umas das outras, o que nos problemas é normalmente denotado pela letra r. Mais adiante no papel, estas cargas serão consideradas no vácuo.

As escalas de torção de Charles Coulomb

Este aparelho, desenvolvido por Coulomb em 1777, ajudou a derivar a dependência da força que mais tarde recebeu o seu nome. É utilizado para estudar a interacção de cargas pontuais, bem como de pólos magnéticos.

As escalas de torção têm um pequeno fio de seda, colocado num plano vertical, sobre o qual se pende uma alavanca equilibrada. Há cargas pontuais nas extremidades da alavanca.

Sob a acção de forças externas, a alavanca começa a fazer movimentos horizontais. A alavanca mover-se-á no plano até ser equilibrada pela força elástica do fio.

No processo de movimento, a alavanca deflecte do eixo vertical num determinado ângulo. Isto é tomado como d e é chamado o ângulo de rotação. Conhecendo o valor deste parâmetro, é possível encontrar o torque das forças que ocorrem.

As escalas de torção de Charles Coulomb têm o seguinte aspecto:

As escalas de torção de Charles Coulomb.

O coeficiente de proporcionalidade k e a constante eléctrica ${\i1}varepsilon_0$

A fórmula da lei Coulomb tem parâmetros k - o coeficiente de proporcionalidade ou ${\i1}varepsilon_0$ - a constante eléctrica. A constante eléctrica ${\i1}varepsilon_0$ é apresentado em muitos livros de referência, livros de texto, internet e não precisa de ser calculado! O coeficiente de proporcionalidade num vácuo baseado em ${\i1}varepsilon_0$ pode ser encontrado de acordo com uma fórmula bem conhecida:

$k = {1}frac {4}{4}cdot {4}pi}cdot {5}varepsilon_0}$

Aqui $\varepsilon_0=8.85\cdot 10^{ -12} \Frac 2$ - constante eléctrica,

${\pi=3.14$ - o número de pi,

$k=9{cdot 10^{9} \Frac m^2}{C^2}{C^2}$ - é o coeficiente de proporcionalidade no vácuo.

Informação adicional! Sem conhecer os parâmetros acima referidos não é possível encontrar a força de interacção entre cargas eléctricas de dois pontos.
Formulação e fórmula da lei de Coulomb

Para resumir o acima exposto, deve ser dada uma formulação formal da lei principal da electrostática. Isto toma a forma:

A força de interacção de duas cargas de ponto de repouso no vácuo é directamente proporcional ao produto dessas cargas e inversamente proporcional ao quadrado da distância entre elas. E o produto dos encargos deve ser tomado modulo!

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

Nesta fórmula q₁ e q₂- são as taxas pontuais, os organismos considerados; r² - é a distância num plano entre estes corpos, tomada como um quadrado; k é o factor de proporcionalidade ( $9 {9}cdot 10^{9} \Frac m^2}{C^2}{C^2}$ para um vácuo).

A direcção da força Coulomb e a forma vectorial da fórmula

A fim de compreender completamente a fórmula, a lei de Coulomb pode ser representada visualmente:

Direcção da força coulomb para duas cargas pontuais da mesma polaridade.

F_1,2- é a força de interacção da primeira carga em relação à segunda.

F_2,1- é a força de interacção da segunda carga em relação à primeira.

Também uma regra importante a considerar ao resolver problemas de electrostática é que, tal como as cargas repelem e como as cargas atraem. Isto determina a posição das forças de interacção na figura.

Se forem consideradas cargas opostas, as forças de interacção serão dirigidas umas para as outras, representando a sua atracção.

Direcção da força coulomb para duas cargas pontuais de polaridade diferente.

A fórmula da lei de base da electrostática pode ser representada em forma vectorial da seguinte forma

$\F_1_2=frac F_1_2=frac F_1_2=frac F_1_2=frac F_1_2=frac F_1_2=frac F_1_2=frac F_1_2=cdot F_1_2$

$\F_1_2$ - A força que actua sobre a carga pontual q1, do lado da carga q2,

${vec r_1_2}$ - é a carga de ligação raio-vector q2 para carregar q1,

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

Importante! Escrevendo a fórmula em forma vectorial, as forças interactivas das cargas eléctricas de dois pontos terão de ser projectadas sobre o eixo para colocar correctamente os sinais. Esta acção é uma formalidade e é muitas vezes feita mentalmente sem quaisquer notas.

Onde a lei de Coulomb se aplica na prática

A lei básica da electrostática é a descoberta mais importante de Charles Coulomb, que encontrou a sua aplicação em muitos campos.

O trabalho do famoso físico foi utilizado no processo de invenção de vários dispositivos, instrumentos e aparelhos. Por exemplo, o pára-raios.

Os pára-raios são utilizados para proteger casas e edifícios de relâmpagos durante trovoadas. Isto aumenta o grau de protecção do equipamento eléctrico.

Os pára-raios funcionam com base no seguinte princípio: numa tempestade de trovoada, fortes cargas de indução acumulam-se gradualmente no solo, que são puxadas para cima e atraídas para as nuvens. Isto gera um grande campo eléctrico no solo. Perto do pára-raios, o campo eléctrico torna-se mais forte, de modo que uma carga eléctrica corona é inflamada a partir da ponta do dispositivo.

A carga formada no solo é então atraída para a carga na nuvem com o sinal oposto, como deveria ser de acordo com a lei de Coulomb. O ar passa então por um processo de ionização e a força do campo eléctrico torna-se mais baixa perto da extremidade do pára-raios. Assim, o risco de um raio atingir o edifício é mínimo.

Por favor note! Se um edifício onde está instalado um pára-raios for atingido, não haverá fogo e toda a energia escapará para o solo.

Com base na lei de Coulomb, foi desenvolvido um dispositivo chamado "Acelerador de Partículas", que tem hoje uma grande procura.

Este dispositivo cria um forte campo eléctrico, o que aumenta a energia das partículas que nele entram.

A direcção das forças na lei de Coulomb

Como acima referido, a direcção das forças de interacção de duas cargas eléctricas pontuais depende da sua polaridade. Ou seja, tal como as cargas com a mesma polaridade repelirão e as cargas com polaridade oposta atrairão.

As forças coulomb também podem ser chamadas um vector de raio porque são dirigidas ao longo de uma linha traçada entre eles.

Em alguns problemas físicos, são dados corpos de forma complexa que não podem ser tomados como carga eléctrica pontual, ou seja, as suas dimensões são negligenciadas. Em tal situação, o corpo em questão deve ser dividido em várias partes pequenas e cada parte deve ser calculada separadamente, aplicando a lei de Coulomb.

Os vectores de força obtidos pela sua quebra são somados de acordo com as regras da álgebra e da geometria. O resultado é a força resultante, que é a resposta para o problema. Este método de solução é frequentemente chamado o método triangular.

Direcção dos vectores de força Coulomb.

História da descoberta da lei

A interacção de dois pontos acusados pela lei discutida acima foi provada pela primeira vez em 1785 por Charles Coulomb. O físico conseguiu provar a verdade da lei formulada utilizando escalas de torção, cujo princípio também foi apresentado no artigo.

Coulomb também provou que não há carga eléctrica dentro de um condensador esférico. Foi assim que ele chegou à afirmação de que a magnitude das forças electrostáticas pode ser alterada alterando a distância entre os corpos em questão.

Assim, a lei de Coulomb é ainda a lei mais importante da electrostática, com base na qual muitas grandes descobertas têm sido feitas. Dentro deste artigo, foi apresentada a formulação oficial da lei, e as suas partes constituintes foram descritas em pormenor.