庫侖定律、定義和公式——點電荷及其相互作用

帶電體之間存在相互作用力,通過這種相互作用力,它們可以相互吸引或排斥。庫侖定律描述了這種力,並根據物體本身的大小和形狀顯示其影響的程度。本文將討論這一物理定律。

庫侖定律公式。

固定點收費

庫侖定律適用於尺寸遠小於與其他物體距離的靜止物體。有一個點電荷集中在這些物體上。在解決物理問題時,所討論的物體的大小被忽略了,因為它們無關緊要。

在實踐中,靜息點電荷描述如下:

點帶正電的電荷q1。 點正電荷電荷q2。

在這種情況下12 - 是 積極的 電荷,庫侖力作用於它們(圖中未顯示)。點對象的大小無關緊要。

筆記! 靜止電荷位於彼此之間給定的距離處,在問題中通常用字母 r 表示。在本文中,我們將在真空中考慮這些電荷。

查爾斯庫倫的扭力秤

這個裝置由庫倫於 1777 年開發,有助於推導出力的依賴性,後來以他的名字命名。它用於研究點電荷和磁極的相互作用。

扭力秤有一根細絲線,位於垂直平面上,平衡桿掛在上面。槓桿末端有點電荷。

在外力的作用下,槓桿開始水平移動。槓桿將在平面內移動,直到它被螺紋的彈力平衡。

在運動過程中,槓桿偏離垂直軸一定角度。取d,稱為旋轉角。知道此參數的值,您可以找到發生力的扭矩。

Charles Coulomb 的扭轉尺度如下所示:

查爾斯庫倫的扭力秤。

比例係數 k 和電常數 \varepsilon_0

庫侖定律公式有參數 k,比例係數或 \varepsilon_0 - 電常數。電常數 \varepsilon_0 在很多參考書、教科書、網絡上都有介紹,不用計算!真空中的比例係數基於 \varepsilon_0 可以使用眾所周知的公式找到:

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

這裡 \varepsilon_0=8.85\cdot 10^{ -12} \frac {C^2}{H\cdot m^2} - 電常數,

\pi=3.14 - 數字 pi,

k=9{cdot 10^{9} \frac {H\cdot m^2}{C^2} - 真空中的比例係數。

附加信息! 在不知道上述參數的情況下,不可能找到兩點電荷之間的相互作用力。
庫侖定律的表述和公式

綜上所述,有必要給出靜電主要定律的官方表述。它採用以下形式:

真空中兩個靜止點電荷的相互作用力與這些電荷的乘積成正比,與它們之間距離的平方成反比。 並且費用的乘積必須取模!

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

在這個公式中12 - 是點收費,考慮的機構; r2 - 是這些物體在平面上的距離,取正方形; k 是比例因子 (9\cdot 10^{9} \frac {H\cdot m^2}{C^2} 真空)。

庫侖力的方向和公式的向量形式

庫侖定律可以形像地描繪,以充分理解公式:

相同極性的兩個點電荷的庫侖力方向。

F1,2 - 是第一個電荷相對於第二個電荷的相互作用力。

F2,1 - 是第二個電荷相對於第一個電荷的相互作用力。

此外,在解決靜電問題時,有必要考慮一個重要規則:同名電荷排斥而異名電荷吸引​​。這決定了圖中相互作用力的位置。

如果考慮相反的電荷,它們的相互作用力將指向彼此,代表它們的吸引力。

不同極性的兩個點電荷的庫侖力方向。

矢量形式的靜電基本定律的公式可以表示如下:

\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} - 作用在點電荷 q1,電荷 q2 一側的力,

{\vec r_1_2} - 連接電荷 q2 和電荷 q1 的半徑矢量,

r=||\vec r_1_2|

重要的! 將公式寫成矢量形式後,必須將兩點電荷的相互作用力投影到軸上才能正確放置符號。這個動作是一種形式,通常是在沒有任何註釋的情況下在心理上完成的。

庫侖定律在實踐中的應用

靜電基本定律是查爾斯·庫侖最重要的發現,並在許多領域得到了應用。

著名物理學家的工作被用於發明各種設備、儀器、儀器的過程。比如避雷針。

使用避雷針可以保護房屋和建築物在雷暴期間免受雷擊。因此,增加了對電氣設備的保護程度。

避雷針的工作原理如下:在雷暴期間,強感應電荷逐漸在地面上積聚,這些電荷上升並被雲層吸引。這會在地面上產生相當大的電場。在避雷針附近,電場變強,從而從裝置的尖端點燃電暈電荷。

然後在地面上形成的電荷開始被具有相反符號的雲電荷吸引,這應該是根據查爾斯庫倫定律。然後空氣被電離,電場強度在避雷針末端附近變低。因此,閃電進入建築物的風險很小。

請注意! 如果用避雷針擊中建築物,就不會著火,所有的能量都會進入地下。

根據庫侖定律,開發了一種名為“粒子加速器”的設備,如今需求量很大。

該設備會產生一個強電場,從而增加進入其中的粒子的能量。

庫侖定律中力的方向

如上所述,兩點電荷相互作用力的方向取決於它們的極性。也就是說,同鄰電荷會排斥而異鄰電荷會吸引。

庫侖力也可以稱為半徑矢量,因為它們與半徑矢量相同。它們沿著它們之間的一條線定向。

在一些物理問題中,存在形狀複雜的物體,不能將其視為點電荷,即忽略其大小。在這種情況下,有問題的物體應該分成幾個小部分,每個部分都應該分別計算,應用庫侖定律。

除法中得到的力向量通過代數和幾何規則求和。結果就是合力,這就是問題的答案。這種求解方法通常被稱為三角法。

庫侖力矢量的方向。

法律的發現史

1785 年,查爾斯·庫侖首次證明了上述定律中兩點電荷的相互作用。物理學家設法使用扭力尺度證明了所製定的定律的準確性,文章中還介紹了其工作原理。

庫侖還證明了球形電容器內部沒有電荷。這就是他如何得出這樣的斷言,即靜電力的大小可以通過改變所討論的物體之間的距離來改變。

因此,庫侖定律仍然是最重要的靜電定律,並在此基礎上取得了許多重大發現。本文介紹了該法的正式製定,並詳細描述了其組成部分。

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