Legge, definizione e formula di Coulomb - cariche puntiformi elettriche e loro interazione

Tra i corpi carichi c'è una forza di interazione grazie alla quale possono attrarsi o respingersi a vicenda. La legge di Coulomb descrive questa forza, mostra il grado della sua azione, a seconda delle dimensioni e della forma del corpo stesso. Questa legge fisica sarà discussa in questo articolo.

Formula della legge di Coulomb.

Contenuto

1 Spese di punti stazionari
2 Equilibrio di torsione di Charles Coulomb
3 Fattore di proporzionalità k e costante elettrica
4 La direzione della forza di Coulomb e la forma vettoriale della formula
5 Dove nella pratica viene applicata la legge di Coulomb
6 Direzione delle forze nella legge di Coulomb
7 Storia della scoperta del diritto

Spese di punti stazionari

La legge di Coulomb si applica ai corpi fissi che sono molto più piccoli della loro distanza da altri oggetti. Una carica elettrica puntiforme è concentrata su tali corpi. Quando si risolvono problemi fisici, le dimensioni dei corpi considerati vengono trascurate, perché non contano davvero.

In pratica, le cariche puntiformi a riposo sono rappresentate come segue:

Carica puntiforme con carica positiva q1.

In questo caso q₁ e q₂ - questo è positivo cariche elettriche e su di esse agisce la forza di Coulomb (non mostrata in figura). La dimensione delle caratteristiche dei punti non ha importanza.

Nota! Le cariche a riposo si trovano a una determinata distanza l'una dall'altra, che nei problemi è solitamente indicata dalla lettera r. Più avanti nell'articolo, queste accuse saranno considerate a vuoto.

Equilibrio di torsione di Charles Coulomb

Questo dispositivo, sviluppato da Coulomb nel 1777, ha contribuito a dedurre la dipendenza della forza in seguito a lui intitolata. Con il suo aiuto, viene studiata l'interazione delle cariche puntiformi e dei poli magnetici.

Una bilancia a torsione ha un piccolo filo di seta posizionato su un piano verticale da cui pende una leva bilanciata. Le cariche puntuali si trovano alle estremità della leva.

Sotto l'azione di forze esterne, la leva inizia a muoversi orizzontalmente. La leva si muoverà nel piano finché non sarà bilanciata dalla forza elastica del filo.

Durante il movimento, la leva devia dall'asse verticale di un certo angolo. Viene preso come d ed è chiamato angolo di rotazione. Conoscendo il valore di questo parametro, è possibile trovare la coppia delle forze che sorgono.

Il bilancio di torsione di Charles Coulomb si presenta così:

Equilibrio di torsione di Charles Coulomb.

Fattore di proporzionalità k e costante elettrica $\varepsilon_0$

Nella formula della legge di Coulomb ci sono parametri k - il coefficiente di proporzionalità o $\varepsilon_0$ è la costante elettrica. Costante elettrica $\varepsilon_0$ presentato in molti libri di consultazione, libri di testo, Internet e non ha bisogno di essere contato! Fattore di proporzionalità del vuoto basato su $\varepsilon_0$ può essere trovato con la famosa formula:

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

Qui $\varepsilon_0=8.85\cpunto 10^{-12} \frac {C^2}{H\cpunto m^2}$ è la costante elettrica,

$\pi=3.14$ -Pi,

$k=9\cpunto 10^{9} \frac {H\cpunto m^2}{C^2}$ è il coefficiente di proporzionalità nel vuoto.

Informazioni aggiuntive! Senza conoscere i parametri presentati sopra, non funzionerà per trovare la forza di interazione tra due cariche elettriche puntiformi.
Formulazione e formula della legge di Coulomb

Per riassumere quanto sopra, è necessario dare la formulazione ufficiale della legge principale dell'elettrostatica. Prende la forma:

La forza di interazione di due cariche puntiformi in quiete nel vuoto è direttamente proporzionale al prodotto di queste cariche ed inversamente proporzionale al quadrato della loro distanza. Inoltre, il prodotto delle spese deve essere preso modulo!

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

In questa formula q₁ e q₂sono addebiti puntuali, considerati corpi; r² - la distanza sul piano tra questi corpi, presa nel quadrato; k è il coefficiente di proporzionalità ( $9\cpunto 10^{9} \frac {H\cpunto m^2}{C^2}$ per vuoto).

La direzione della forza di Coulomb e la forma vettoriale della formula

Per una completa comprensione della formula, la legge di Coulomb può essere visualizzata:

La direzione della forza di Coulomb per due cariche puntiformi della stessa polarità.

F_1,2- la forza di interazione della prima carica rispetto alla seconda.

F_2,1- la forza di interazione della seconda carica rispetto alla prima.

Inoltre, quando si risolvono problemi di elettrostatica, è necessario tenere conto di una regola importante: le cariche elettriche con lo stesso nome si respingono e le cariche opposte si attraggono. La posizione delle forze di interazione nella figura dipende da questo.

Se si considerano le cariche opposte, le forze della loro interazione saranno dirette l'una verso l'altra, descrivendo la loro attrazione.

Direzione della forza di Coulomb per due cariche puntiformi di diversa polarità.

La formula della legge fondamentale dell'elettrostatica in forma vettoriale può essere rappresentata come segue:

$\vec F_1_2=\frac {1}{4\cdot \pi\cdot \varepsilon_0}\cdot \frac {q_1\cdot q_2}{r_1_2^3}\cdot \vec r_1_2$

$\vec F_1_2$ è la forza che agisce sulla carica puntiforme q1, dal lato della carica q2,

$\vec r_1_2$ è il raggio vettore che collega la carica q2 con la carica q1,

$r=|\vec r_1_2|$

Importante! Dopo aver scritto la formula in forma vettoriale, le forze interagenti di cariche elettriche a due punti dovranno essere proiettate sull'asse per posizionare correttamente i segni. Questa azione è una formalità e spesso viene eseguita mentalmente senza alcuna nota.

Dove nella pratica viene applicata la legge di Coulomb

La legge fondamentale dell'elettrostatica è la scoperta più importante di Charles Coulomb, che ha trovato la sua applicazione in molti settori.

Le opere del famoso fisico furono utilizzate nel processo di invenzione di vari dispositivi, dispositivi, apparati. Ad esempio, un parafulmine.

Con l'aiuto di un parafulmine, gli edifici residenziali e gli edifici sono protetti dai fulmini durante un temporale. Pertanto, il grado di protezione delle apparecchiature elettriche è aumentato.

Il parafulmine funziona secondo il seguente principio: durante un temporale, sul terreno iniziano gradualmente ad accumularsi forti cariche di induzione, che si sollevano e vengono attratte dalle nuvole. In questo caso, sul terreno si forma un campo elettrico piuttosto ampio. Vicino al parafulmine, il campo elettrico diventa più forte, a causa del quale una carica elettrica corona viene accesa dalla punta del dispositivo.

Inoltre, la carica formata a terra comincia ad essere attratta dalla carica della nuvola di segno opposto, come dovrebbe essere secondo la legge di Charles Coulomb. Successivamente, l'aria passa attraverso il processo di ionizzazione e l'intensità del campo elettrico diminuisce vicino all'estremità del parafulmine. Pertanto, il rischio che i fulmini penetrino nell'edificio è minimo.

Nota! Se l'edificio su cui è installato il parafulmine viene colpito, non ci sarà alcun incendio e tutta l'energia andrà nel terreno.

Basato sulla legge di Coulomb, è stato sviluppato un dispositivo chiamato "Particle Accelerator", che è oggi molto richiesto.

In questo dispositivo viene creato un forte campo elettrico, che aumenta l'energia delle particelle che cadono al suo interno.

Direzione delle forze nella legge di Coulomb

Come accennato in precedenza, la direzione delle forze interagenti di cariche elettriche a due punti dipende dalla loro polarità. Quelli. Le accuse con lo stesso nome si respingeranno e le accuse di cariche opposte si attrarranno.

Le forze di Coulomb possono anche essere chiamate vettore del raggio, perché sono diretti lungo la linea tracciata tra di loro.

In alcuni problemi fisici vengono dati corpi di forma complessa, che non possono essere presi per una carica elettrica puntiforme, ad es. ignora le sue dimensioni. In questa situazione, il corpo in esame deve essere suddiviso in più piccole parti e ciascuna parte deve essere calcolata separatamente, utilizzando la legge di Coulomb.

I vettori di forza ottenuti dalla scissione sono riassunti secondo le regole dell'algebra e della geometria. Il risultato è la forza risultante, che sarà la risposta a questo problema. Questo metodo di risoluzione è spesso chiamato metodo del triangolo.

La direzione dei vettori forza di Coulomb.

Storia della scoperta del diritto

Le interazioni di due cariche puntiformi dalla legge considerata sopra furono provate per la prima volta nel 1785 da Charles Coulomb. Il fisico è riuscito a dimostrare la veridicità della legge formulata utilizzando i bilanci di torsione, il cui principio di funzionamento è stato anche presentato nell'articolo.

Coulomb ha anche dimostrato che non c'è carica elettrica all'interno di un condensatore sferico. Così giunse all'affermazione che l'entità delle forze elettrostatiche può essere modificata modificando la distanza tra i corpi in esame.

Pertanto, la legge di Coulomb è ancora la legge più importante dell'elettrostatica, sulla base della quale sono state fatte molte delle più grandi scoperte. Nell'ambito di questo articolo è stata presentata la formulazione ufficiale della legge e sono state descritte in dettaglio le sue parti costitutive.