Det finns en interaktionskraft mellan laddade kroppar som gör att de kan attrahera eller stöta bort varandra. Coulombs lag beskriver denna kraft och visar i vilken utsträckning den verkar beroende på kroppens storlek och form. Denna fysikaliska lag kommer att behandlas i denna artikel.
Innehåll
Avgifter för stationära punkter
Coulombs lag gäller för stationära kroppar vars storlek är mycket mindre än deras avstånd från andra föremål. Det finns en elektrisk punktladdning på sådana kroppar. När man löser fysikaliska problem försummar man kropparnas dimensioner eftersom de inte har någon större betydelse.
I praktiken representeras vilande punktladdningar på följande sätt:
I detta fall q1 och q2 - är positiv elektriska laddningar och påverkas av Coulombkraften (visas inte i figuren). Storleken på punktobjekten spelar ingen roll.
Observera! De vilande laddningarna befinner sig på ett visst avstånd från varandra, vilket i problemen vanligtvis betecknas med bokstaven r. I fortsättningen kommer dessa avgifter att behandlas i vakuum.
Charles Coulombs torsionsskalor
Denna apparat, som utvecklades av Coulomb 1777, hjälpte till att härleda beroendet av den kraft som senare fick hans namn. Den används för att studera interaktionen mellan punktladdningar och magnetiska poler.
Torsionsvågar har en liten silkestråd som är placerad i ett vertikalt plan och på vilken en balanserad hävstång hänger. Det finns punktladdningar i spakens ändar.
Under inverkan av yttre krafter börjar hävstången göra horisontella rörelser. Hävstången kommer att röra sig i planet tills den balanseras av trådens elastiska kraft.
Under rörelsen avböjs hävstången från den vertikala axeln i en viss vinkel. Detta är d och kallas rotationsvinkeln. Genom att känna till värdet på denna parameter kan du hitta vridmomentet för de krafter som uppstår.
Charles Coulombs torsionsskalor ser ut på följande sätt:
Proportionalitetskoefficienten k och den elektriska konstanten 
Coulombs lagformel har parametrarna k - proportionalitetskoefficienten eller - den elektriska konstanten. Den elektriska konstanten presenteras i många referensböcker, läroböcker och på internet och behöver inte beräknas! Proportionalitetskoefficienten i ett vakuum som bygger på kan hittas enligt den välkända formeln:
Här 
- elektrisk konstant,
- antalet pi,
- är proportionalitetskoefficienten i vakuum.
Ytterligare information! Utan att känna till ovanstående parametrar är det inte möjligt att bestämma växelverkningskraften mellan två elektriska punktladdningar.
Formulering och formel för Coulombs lag
För att sammanfatta ovanstående bör en formell formulering av elektrostatikens huvudlag ges. Detta sker i följande form:
Interaktionskraften mellan två vilande punktladdningar i ett vakuum är direkt proportionell mot produkten av dessa laddningar och omvänt proportionell mot kvadraten på avståndet mellan dem. Och produkten av laddningar måste tas modulo!
I denna formel q1 och q2 - är punktladdningar, de berörda kropparna, r2 - är avståndet på ett plan mellan dessa kroppar, taget som en kvadrat; k är proportionalitetsfaktorn (
för ett vakuum).
Coulombkraftens riktning och formelns vektorform
För att förstå formeln till fullo kan Coulombs lag representeras visuellt:
F1,2 - är den första laddningens interaktionskraft med den andra laddningen.
F2,1 - är den andra laddningens växelverkningskraft i förhållande till den första.
En annan viktig regel att tänka på när du löser elektrostatiska problem är att likadana laddningar stöter bort varandra och likadana laddningar drar till sig varandra. Detta bestämmer interaktionskrafternas placering i figuren.
Om motsatta laddningar beaktas kommer interaktionskrafterna att vara riktade mot varandra, vilket representerar deras attraktion.
Formeln för elektrostatikens grundlag kan representeras i vektorform på följande sätt
- Den kraft som verkar på punktladdningen q1, på laddningssidan q2,
- är radievektorn som förbinder laddning q2 med laddning q1,
Viktigt! När formeln skrivs i vektorform måste de samverkande krafterna från två elektriska punktladdningar projiceras på axeln för att tecknen ska kunna placeras korrekt. Denna åtgärd är en formalitet och görs ofta mentalt utan anteckningar.
När Coulombs lag tillämpas i praktiken
Den grundläggande lagen om elektrostatik är Charles Coulombs viktigaste upptäckt, som har tillämpats på många områden.
Den berömda fysikerns arbete användes för att uppfinna olika anordningar, instrument och apparater. Till exempel en blixtlåda.
Blixtnedslag används för att skydda hus och byggnader från blixtnedslag under åskväder. Detta ökar skyddet av elektrisk utrustning.
Blixtnedslag fungerar enligt följande princip: i ett åskväder byggs starka induktionsladdningar gradvis upp på marken, som sedan förs uppåt och dras till molnen. Detta skapar ett stort elektriskt fält på marken. Nära åskledaren blir det elektriska fältet starkare, så att en elektrisk laddning i form av en korona antänds från enhetens spets.
Den laddning som bildas på marken attraheras då av molnets laddning med motsatt tecken, vilket borde vara fallet enligt Coulombs lag. Luften genomgår då en joniseringsprocess och den elektriska fältstyrkan blir lägre nära åskledarens ände. Risken för att blixten ska slå ner i byggnaden är därför minimal.
Observera! Om en byggnad med en åskledare träffas blir det ingen brand, utan all energi går ner i marken.
Baserat på Coulombs lag har man utvecklat en anordning som kallas "partikelaccelerator" och som är mycket efterfrågad idag.
Denna anordning skapar ett starkt elektriskt fält som ökar energin hos de partiklar som kommer in i den.
Krafternas riktning i Coulombs lag
Som vi har nämnt ovan beror riktningen av de samverkande krafterna mellan två elektriska punktladdningar på deras polaritet. Det vill säga, likadana laddningar med samma polaritet stöter bort varandra och laddningar med motsatt polaritet drar till sig varandra.
Coulombkrafterna kan också kallas en radievektor eftersom de är riktade längs en linje som dras mellan dem.
I vissa fysikproblem ges kroppar med komplex form som inte kan betraktas som en elektrisk punktladdning, dvs. dess dimensioner försummas. I en sådan situation bör kroppen i fråga delas upp i flera små delar och varje del bör beräknas separat med tillämpning av Coulombs lag.
De kraftvektorer som erhålls genom att bryta upp dem summeras enligt algebraens och geometrins regler. Resultatet är den resulterande kraften, som är svaret på problemet. Denna lösningsmetod kallas ofta för triangelmetoden.
Historien om upptäckten av lagen
Samspelet mellan två punktladdningar enligt lagen ovan bevisades för första gången 1785 av Charles Coulomb. Fysikern lyckades bevisa sanningen i den formulerade lagen med hjälp av torsionsvågar, vars princip också presenterades i artikeln.
Coulomb bevisade också att det inte finns någon elektrisk laddning i en sfärisk kondensator. På så sätt kom han fram till påståendet att storleken på de elektrostatiska krafterna kan ändras genom att ändra avståndet mellan kropparna i fråga.
Coulombs lag är alltså fortfarande den viktigaste lagen inom elektrostatiken, som ligger till grund för många stora upptäckter. I denna artikel presenteras lagens officiella formulering och dess beståndsdelar beskrivs i detalj.
Relaterade artiklar:
