Kulono įstatymas: kas tai yra, formulė ir pavyzdžiai

Kas yra Kulono įstatymas?

Kulono dėsnis naudojamas fizikos srityje apskaičiuojant elektrinę jėgą, veikiančią tarp dviejų įkrovų ramybės būsenoje.

Remiantis šiuo įstatymu, galima numatyti, kokia bus elektrostatinė traukos ar atstūmimo jėga, egzistuojanti tarp dviejų dalelių pagal jų elektrinį krūvį ir atstumą tarp jų.

Kulono įstatymas turi savo vardą skolingas prancūzų fizikui Charlesui-Augustinui de Coulombui, kuris 1875 m. Paskelbė šį įstatymą ir kuris yra elektrostatinės sistemos pagrindas:

"Kiekvienos elektrinės jėgos, su kuria sąveikauja dviejų taškų krūviai ramybės būsenoje, dydis yra tiesiogiai proporcingas abiejų krūvių dydžio sandaugai ir atvirkščiai proporcingas juos skiriančio atstumo kvadratui ir juos jungiančios linijos krypčiai.. Jėga yra atstūmimas, jei krūviai yra to paties ženklo, ir traukos jėga, jei jie yra priešingo ženklo “.

Šis įstatymas apibūdinamas taip:

• F = elektrinė traukos ar atstūmimo jėga niutonais (N). Vienodi mokesčiai atstumia, o priešingi krūviai traukia. k = proporcingumo Kulono konstanta arba elektrinė konstanta. Jėga kinta priklausomai nuo terpės elektrinio laidumo (ε), nesvarbu, ar tai būtų vanduo, oras, alyva, vakuumas. q = elektros krūvių vertė, išmatuota kulone (C). r = atstumas, kuris atskiria krovinius ir matuojamas metrais (m).

Reikėtų pažymėti, kad vakuumo elektrinis laidumas yra pastovus ir vienas iš plačiausiai naudojamų. Ji yra apskaičiuojamas taip: ε ₀ = 8,8541878176x10 ^-12 C ² / (N • m ²). Nepaprastai svarbu atsižvelgti į medžiagos leistinumą.

Kulono konstantos vertė tarptautinėje matavimo sistemoje yra:

Šis dėsnis atsižvelgia tik į dviejų taškinių krūvių sąveiką tuo pačiu metu ir nustato tik jėgą, egzistuojančią tarp q ₁ ir q ₂, neatsižvelgiant į apkrovas aplink ją.

Kulonas sugebėjo nustatyti elektrostatinės jėgos savybes kurdamas sukimo balansą kaip tyrimo instrumentą, kurį sudarė strypas, pakabintas ant pluošto, turintis galimybę susisukti ir grįžti į pradinę padėtį.

Tokiu būdu Kulonas galėjo išmatuoti jėgą, kurią daro strypo taškas, padėdamas keletą įkrautų sferų skirtingais atstumais, kad būtų galima išmatuoti traukos jėgą arba atstumti judant strypui.

Elektrostatinė jėga

Elektros krūvis yra materijos savybė ir yra reiškinių, susijusių su elektra, priežastis.

Elektrostatika yra fizikos šaka, tirianti kūnų sukuriamą poveikį pagal jų pusiausvyros elektrinius krūvius.

Elektrinė jėga (F) yra proporcinga sukauptoms apkrovoms ir yra atvirkščiai proporcinga atstumui tarp jų. Ši jėga veikia apkrovas radialiai, ty liniją tarp apkrovų, taigi tai yra radialinis vektorius tarp dviejų apkrovų.

Todėl du to paties ženklo krūviai sukuria teigiamą jėgą, pavyzdžiui: - ∙ - = + arba + ∙ + = +. Kita vertus, du priešingų ženklų krūviai sukuria neigiamą jėgą, pavyzdžiui: - ∙ + = - arba + ∙ - = -.

Tačiau du krūviai tuo pačiu ženklu atstumia vienas kitą (+ + / - -), bet du krūviai su skirtingais ženklais traukia vienas kitą (+ - / - +).

Pavyzdys: jei trinate tefloninę juostelę su pirštinėmis, pirštinė yra teigiamai įkraunama, o juosta neigiamai įkraunama, todėl, kai jie arčiau, jie traukia. Dabar, jei plaukus patrinsime pripūstu balionu, balionas bus įkrautas neigiama energija ir, kai priartinsime jį prie teflono juostos, abu atstumia vienas kitą, nes turi vienodą krūvį.

Ši jėga taip pat priklauso nuo elektros krūvio ir atstumo tarp jų, tai yra pagrindinis elektrostatinės principas, taip pat įstatymas, taikomas atskaitos sistemos ramybės metu veikiantiems krūviams.

Verta paminėti, kad nedideliais atstumais didėja elektrinių krūvių jėgos, o dideliais atstumais elektrinių krūvių jėgos mažėja, tai yra, mažėja, krūviams tolstant viena nuo kitos.

Jėgos dydis

Elektromagnetinės jėgos dydis yra tas, kuris veikia kūnus, kuriuose yra elektros krūvis, ir tai gali sukelti fizinę ar cheminę transformaciją, atsižvelgiant į tai, kad kūnai gali pritraukti ar atstumti.

Todėl dviejų elektrinių krūvių dydis yra lygus terpės, kurioje elektros krūviai yra padalinti iš kiekvieno jų sandaugos ir atstumo, kuris juos skiria kvadratu, daliai, konstanta.

Elektrostatinės jėgos dydis yra proporcingas krūvių dydžio q ₁ xq ₂ sandaugai. Elektrostatinė jėga artimame diapazone yra labai galinga.

Kulono įstatymo pavyzdžiai

Žemiau pateikiami įvairūs pratimų, kuriuose turėtų būti taikomas Kulono įstatymas, pavyzdžiai.

1 pavyzdys

Mes turime du elektros krūvius, vieną iš + 3c, kitą - -2c, atskirtą 3m atstumu. Norint apskaičiuoti jėgą, egzistuojančią tarp abiejų krūvių, reikia padauginti konstantą K iš abiejų krūvių sandaugos. Kaip matyti paveikslėlyje, buvo gauta neigiama jėga.

Iliustruotas pavyzdys, kaip taikyti Kulono įstatymą:

2 pavyzdys

Mes turime 6 x 10 ^-6 C (q ₁) įkrovą, esančią 2 m atstumu nuo -4 x 10 ^-6 C (q ₂). Taigi koks yra jėgos dydis tarp šių dviejų krūvių?

a. Koeficientai dauginami: 9 x 6 x 4 = 216.

b. Eksponentai pridedami algebrai: -6 ir -6 = -12. Dabar -12 + 9 = -3.

Atsakymas: F = 54 x 10 ^-3 N.

Pratimų pavyzdžiai

1. Turime 3 x 10 ^-6 C (q ₁) įkrovą ir kitą -8 x 10 ^-6 C (q ₂) įkrovą 2 m atstumu. Koks yra patraukliosios jėgos, egzistuojančios tarp dviejų, mastas?

Atsakymas: F = 54 X 10 ^-3 N.

2. Nustatykite jėgą, veikiančią tarp dviejų elektros krūvių 1 x 10 ^-6 C (q ₁) ir kito 2,5 x 10 ^-6 C (q ₂) krūvio, kurie yra ramybėje ir vakuume per atstumą 5 cm (nepamirškite paimti cm am laikantis Tarptautinės matavimų sistemos).

Atsakymas: F = 9 N.