Hva er Coulombs lov?
Coulombs lov brukes innen fysikk til beregne den elektriske kraften som virker mellom to ladninger i hvile.
Fra denne loven er det mulig å forutsi hva som vil være den elektrostatiske tiltrekningskraften eller frastøtingen som eksisterer mellom to partikler i henhold til deres elektriske ladning og avstanden mellom dem.
Coulombs lov skylder navnet sitt til den franske fysikeren Charles-Augustin de Coulomb, som i 1875 bekreftet denne loven, og som utgjør grunnlaget for elektrostatikk:
"Størrelsen på hver av de elektriske kreftene som topunktsladninger samhandler med i hvile, er direkte proporsjonal med produktet av størrelsen på begge ladningene og omvendt proporsjonal med kvadratet på avstanden som skiller dem og har retningen på linjen som går sammen dem. Kraften er frastøtende hvis ladningene er av samme tegn, og tiltrekkende hvis de er av motsatt tegn ”.
Denne loven er representert som følger:
- F = elektrisk tiltrekningskraft eller frastøting i Newton (N). Som anklager frastøter og motsatte anklager tiltrekker seg.
- k = er Coulomb konstant eller elektrisk proporsjonalitetskonstant. Kraften varierer i henhold til den elektriske permittiviteten (ε) til mediet, det være seg vann, luft, olje, vakuum, blant andre.
- hva = verdien av elektriske ladninger målt i Coulomb (C).
- r = avstand som skiller ladningene og som måles i meter (m).
Det skal bemerkes at den elektriske permittiviteten til vakuum er konstant, og en av de mest brukte. Det beregnes som følger: ε 0 = 8.8541878176x10-12 C2 / (Nm2). Det er ekstremt viktig å ta hensyn til materialets permittivitet.
Verdien av Coulomb-konstanten i det internasjonale målesystemet er:
Denne loven tar bare hensyn til samspillet mellom to punktsladninger samtidig og bestemmer bare kraften som eksisterer mellom q1 og hva2 uten å ta i betraktning lastene rundt.
Coulomb var i stand til å bestemme egenskapene til den elektrostatiske kraften ved å utvikle en torsjonsbalanse som et studieinstrument, som besto av en stang som henger på en fiber med evnen til å vri og gå tilbake til utgangsposisjonen.
På denne måten kunne Coulomb måle kraften som utøves på et punkt på stangen ved å plassere flere ladede kuler på forskjellige avstander for å måle den attraktive eller frastøtende kraften når stangen roterte.
Elektrostatisk kraft
Elektrisk ladning er en materieegenskap og er årsaken til fenomenene knyttet til elektrisitet.
Elektrostatikk er grenen av fysikk som studerer effektene som genereres i legemer i henhold til deres elektriske ladninger i likevekt.
Den elektriske kraften (F) er proporsjonal med ladningene som kommer sammen og er omvendt proporsjonal med avstanden mellom dem. Denne kraften virker radialt mellom ladningene, det vil si en linje mellom ladningene, derfor er den en radiell vektor mellom de to ladningene.
Derfor genererer to ladninger av samme tegn en positiv kraft, for eksempel: - ∙ - = + eller + ∙ + = +. På den annen side genererer to ladninger med motsatte tegn en negativ kraft, for eksempel: - ∙ + = - eller + ∙ - = -.
Imidlertid frastøter to ladninger med samme tegn (+ + / - -), men to ladninger med forskjellige tegn tiltrekker (+ - / - +).
Eksempel: hvis du gni et Teflon-bånd med en hanske, er hansken positivt ladet og båndet er negativt ladet, så når de kommer nærmere tiltrekker de hverandre. Nå, hvis vi gni en oppblåst ballong med håret vårt, vil ballongen bli ladet med negativ energi, og når den blir brakt nærmere Teflon-båndet, frastøter begge hverandre fordi de har samme type ladning.
Likeledes avhenger denne kraften av den elektriske ladningen og avstanden mellom dem, det er et grunnleggende prinsipp for elektrostatikk, samt en lov som gjelder for ladninger i hvile i en referanseramme.
Det er verdt å nevne at for små avstander øker kreftene til elektriske ladninger, og for store avstander reduseres kreftene for elektriske ladninger, det vil si at de reduseres når ladningene beveger seg bort fra hverandre.
Kraftens styrke
Størrelsen på den elektromagnetiske kraften er en som påvirker legemer som inneholder en elektrisk ladning, og som kan føre til en fysisk eller kjemisk transformasjon siden legemer kan tiltrekke seg eller frastøte hverandre.
Derfor er størrelsen som utøves på to elektriske ladninger lik konstanten til mediet der de elektriske ladningene er lokalisert av kvotienten mellom produktet til hver av dem og avstanden som skiller dem i kvadrat.
Størrelsen på den elektrostatiske kraften er proporsjonal med produktet av ladningens størrelse q1 fordi2. Den elektrostatiske kraften på nært hold er veldig kraftig.
Eksempler på Coulombs lov
Nedenfor er forskjellige eksempler på øvelser der Coulombs lov skal brukes.
Eksempel 1
Vi har to elektriske ladninger, en på + 3c og en på -2c, atskilt med en avstand på 3m. For å beregne kraften som eksisterer mellom begge ladninger, er det nødvendig å multiplisere konstanten K med produktet av begge ladningene. Som det kan sees på bildet, er det oppnådd en negativ kraft.
Illustrert eksempel på hvordan Coulombs lov kan brukes:
Eksempel 2
Vi fikk en last på 6 x 10-6C (q1) som er 2 meter fra en belastning på -4 x 10-6C (q2). Så hva er styrkestyrken mellom disse to ladningene?
til. Koeffisientene multipliseres: 9 x 6 x 4 = 216.
b. Eksponentene legges til algebraisk: -6 og -6 = -12. Nå -12 + 9 = -3.
Svar: F = 54 x 10-3 N.
Eksempler på øvelser
1. Vi har en last på 3 x 10-6C (q1) og en annen belastning på -8 x 10-6C (q2) i en avstand på 2 m. Hva er størrelsen på den attraktive kraften som eksisterer mellom de to?
Svar: F = 54 X 10-3 N.
2. Bestem kraften som virker mellom to elektriske ladninger 1 x 10-6C (q1) og ytterligere 2,5 x 10 last-6C (q2), som er i ro og i vakuum i en avstand på 5 cm (husk å ta cm til m etter det internasjonale målesystemet).
Svar: F = 9 N.
