Med naelektrenimi telesi obstaja interakcijska sila, s katero se lahko privlačijo ali odbijajo. Coulombov zakon opisuje to silo in prikazuje obseg njenega vpliva glede na velikost in obliko samega telesa. Ta fizični zakon bo obravnavan v tem članku.
Vsebina
Stacionarni točkovni naboji
Coulombov zakon velja za mirujoča telesa, katerih velikost je veliko manjša od njihove oddaljenosti od drugih predmetov. Na takih telesih je skoncentriran točkovni električni naboj. Pri reševanju fizikalnih nalog zanemarjamo velikosti obravnavanih teles, ker niso velikega pomena.
V praksi so naboji točke mirovanja prikazani takole:
V tem primeru q1 in q2 - so pozitivno električne naboje, nanje pa deluje Coulombova sila (ni prikazana na sliki). Velikost točkastih objektov ni pomembna.
Opomba! Mirujoči naboji se nahajajo na določeni medsebojni razdalji, ki jo v nalogah običajno označujemo s črko r. V nadaljevanju prispevka bomo obravnavali te naboje v vakuumu.
Torzijska lestvica Charlesa Coulomba
Ta naprava, ki jo je razvil Coulomb leta 1777, je pomagala izpeljati odvisnost sile, ki je bila pozneje poimenovana po njem. Uporablja se za preučevanje interakcije točkastih nabojev in magnetnih polov.
Torzijske tehtnice imajo majhno svileno nit, ki se nahaja v navpični ravnini, na kateri visi uravnotežen vzvod. Na koncih vzvoda so točkasti naboji.
Pod delovanjem zunanjih sil se vzvod začne premikati vodoravno. Ročica se bo premikala v ravnini, dokler se ne uravnoteži z elastično silo niti.
V procesu gibanja vzvod odstopa od navpične osi za določen kot. Vzame se kot d in se imenuje rotacijski kot. Če poznate vrednost tega parametra, lahko najdete navor nastalih sil.
Torzijska lestvica Charlesa Coulomba je videti takole:
Koeficient sorazmernosti k in električna konstanta 
Formula Coulombovega zakona ima parametre k, koeficient proporcionalnosti oz - električna konstanta. Električna konstanta je predstavljen v številnih priročnikih, učbenikih, internetu in ga ni treba šteti! Koeficient sorazmernosti v vakuumu na podlagi lahko najdete z dobro znano formulo:
Tukaj 
- električna konstanta,
- število pi,
- sorazmernostni koeficient v vakuumu.
Dodatne informacije! Brez poznavanja zgornjih parametrov je nemogoče najti interakcijsko silo med dvema točkovnima električnima nabojema.
Formulacija in formula Coulombovega zakona
Če povzamemo zgoraj navedeno, je treba podati uradno formulacijo glavnega zakona elektrostatike. Ima obliko:
Sila interakcije dveh točkovnih nabojev mirovanja v vakuumu je premo sorazmerna zmnožku teh nabojev in obratno sorazmerna s kvadratom razdalje med njima. In zmnožek nabojev je treba vzeti po modulu!
V tej formuli q1 in q2 - so točkovni naboji, obravnavana telesa; r2 - je razdalja na ravnini med temi telesi, vzeta kot kvadrat; k je faktor sorazmernosti (
za vakuum).
Smer Coulombove sile in vektorska oblika formule
Coulombov zakon je mogoče prikazati vizualno, da v celoti razumemo formulo:
F1,2 - je interakcijska sila prvega naboja glede na drugega.
F2,1 - je interakcijska sila drugega naboja glede na prvega.
Tudi pri reševanju elektrostatičnih nalog je treba upoštevati pomembno pravilo: istoimenski električni naboji se odbijajo, nasprotnoimenski pa privlačijo. To določa lokacijo medsebojnih sil na sliki.
Če upoštevamo nasprotne naboje, bodo njune interakcijske sile usmerjene ena proti drugi, kar predstavlja njuno privlačnost.
Formulo za osnovni zakon elektrostatike v vektorski obliki lahko predstavimo na naslednji način:
- Sila, ki deluje na točkovni naboj q1, na strani naboja q2,
- radius-vektor, ki povezuje naboj q2 z nabojem q1,
Pomembno! Ko smo formulo zapisali v vektorski obliki, bo treba medsebojno delujoče sile dveh točkovnih električnih nabojev projicirati na os, da bodo znaki pravilno postavljeni. To dejanje je formalnost in se pogosto izvaja miselno brez kakršnih koli opomb.
Kjer Coulombov zakon velja v praksi
Osnovni zakon elektrostatike je najpomembnejše odkritje Charlesa Coulomba, ki je našel svojo uporabo na številnih področjih.
Delo slavnega fizika je bilo uporabljeno v procesu izumljanja različnih naprav, instrumentov, aparatov. Na primer strelovod.
S strelovodi so hiše in zgradbe zaščitene pred strelo med nevihtami. Tako se poveča stopnja zaščite električne opreme.
Strelovodi delujejo po naslednjem principu: med nevihto se na tleh postopoma kopičijo močni indukcijski naboji, ki se dvigajo in jih privlačijo oblaki. To ustvari znatno električno polje na tleh. V bližini strelovoda se električno polje okrepi, tako da se s konice naprave vžge električni naboj korona.
Nato začne naboj, ki nastane na tleh, privlačiti naboj oblaka z nasprotnim predznakom, kot bi moralo biti po zakonu Charlesa Coulomba. Nato se zrak ionizira in električna poljska jakost se zmanjša blizu konca strelovoda. Tako je nevarnost vdora strele v objekt minimalna.
Prosimo, upoštevajte! Če udari stavba s strelovodom, požara ne bo, vsa energija gre v zemljo.
Na podlagi Coulombovega zakona je bila razvita naprava, imenovana "Pospeševalnik delcev", po kateri je danes veliko povpraševanje.
Ta naprava ustvari močno električno polje, ki poveča energijo delcev, ki vstopajo vanjo.
Smer sil v Coulombovem zakonu
Kot je navedeno zgoraj, je smer interakcijskih sil dveh točkovnih električnih nabojev odvisna od njihove polarnosti. To pomeni, da se bodo naboji istega soseda odbijali, naboji nasprotnega soseda pa privlačili.
Coulombove sile lahko imenujemo tudi radij-vektor, ker so enake radij-vektorju. usmerjeni so vzdolž črte, ki je narisana med njimi.
V nekaterih fizikalnih problemih obstajajo telesa zapletene oblike, ki jih ne moremo jemati kot točkovni električni naboj, torej zanemariti njegovo velikost. V tem primeru je treba zadevno telo razdeliti na več majhnih delov in vsak del posebej izračunati z uporabo Coulombovega zakona.
Pri deljenju dobljeni vektorji sil se seštejejo po pravilih algebre in geometrije. Rezultat je nastala sila, ki bo odgovor na problem.To metodo rešitve pogosto imenujemo metoda trikotnika.
Zgodovina odkritja prava
Interakcija dveh točkastih nabojev po zgoraj obravnavanem zakonu je leta 1785 prvič dokazal Charles Coulomb. Fiziku je uspelo dokazati resničnost formuliranega zakona z uporabo torzijskih lestvic, katerih princip delovanja je bil tudi predstavljen v članku.
Coulomb je tudi dokazal, da v sferičnem kondenzatorju ni električnega naboja. Tako je prišel do trditve, da lahko velikost elektrostatičnih sil spreminjamo s spreminjanjem razdalje med telesi.
Tako je Coulombov zakon še vedno najpomembnejši zakon elektrostatike, na podlagi katerega je prišlo do mnogih velikih odkritij. V tem članku je predstavljena uradna formulacija zakona in podrobno opisani njegovi sestavni deli.
Povezani članki:
