Kulono dėsnis paprastais žodžiais

Elektrostatinėje srityje vienas pagrindinių yra Kulono įstatymas. Fizikoje jis naudojamas dviejų fiksuotų taškų krūvių sąveikos jėgai arba atstumui tarp jų nustatyti. Tai yra pagrindinis gamtos dėsnis, nepriklausantis nuo kitų įstatymų. Tuomet realaus kūno forma neturi įtakos jėgų dydžiui. Šiame straipsnyje paprastai apibūdinsime Kulono įstatymą ir jo taikymą praktikoje.

Turinys:

Atradimų istorija
Formuluotė
Kulono dielektrinės terpės formulė
Kaip nukreipiamos jėgos
Praktinis pritaikymas

Atradimų istorija

Š.O. Pakabukas 1785 m. Pirmą kartą eksperimentiškai įrodė įstatymų aprašytą sąveiką. Savo eksperimentuose jis naudojo specialias sukimo skales. Tačiau dar 1773 m. Cavendish, naudodamas sferinio kondensatoriaus pavyzdį, įrodė, kad sferos viduje nėra elektrinio lauko. Tai rodo, kad elektrostatinės jėgos kinta priklausomai nuo atstumo tarp kūnų. Tiksliau tariant, kvadratinis atstumas. Tada jo studijos nebuvo paskelbtos. Istoriškai šis atradimas buvo pavadintas Kulono vardu, o kiekis, kuriuo matuojamas krūvis, turi panašų pavadinimą.

Formuluotė

Kulono įstatymo apibrėžime teigiama:Vakuume Dviejų įkrautų kūnų F sąveika yra tiesiogiai proporcinga jų modulių sandaugai ir atvirkščiai proporcinga atstumo tarp jų kvadratui.

Tai skamba trumpai, tačiau ne visiems tai gali būti aišku. Paprastais žodžiais:Kuo didesnis krūvis ir kūnai yra arčiau vienas kito, tuo stipresnis.

Ir atvirkščiai:Jei padidinsite atstumą tarp įkrovų - jėgos sumažės.

Kulono taisyklės formulė atrodo taip:

Raidžių žymėjimas: q yra krūvio dydis, r yra atstumas tarp jų, k yra koeficientas, priklauso nuo pasirinktos vienetų sistemos.

Krūvio dydis q gali būti sąlygiškai teigiamas arba sąlygiškai neigiamas. Šis skirstymas yra labai savavališkas. Kai kūnai liečiasi, jis gali būti perduodamas iš vieno į kitą. Iš to seka, kad tas pats kūnas gali būti skirtingo dydžio ir ženklo. Taškinis krūvis yra krūvis arba kūnas, kurio matmenys yra daug mažesni nei galimos sąveikos atstumas.

Reikėtų nepamiršti, kad terpė, kurioje yra krūviai, veikia F sąveiką. Kadangi kulonas yra beveik lygus ore ir vakuume, Coulomb atradimas yra tinkamas tik šioms terpėms, tai yra viena iš sąlygų tokio tipo formulėms taikyti. Kaip jau minėta, SI sistemoje įkrovos vienetas yra kulonas, sutrumpintai Cl. Tai apibūdina elektros energijos kiekį per laiko vienetą. Jis gaunamas iš pagrindinių SI vienetų.

1 C = 1 A * 1 s

Verta paminėti, kad 1 C matmuo yra per didelis. Dėl to, kad laikikliai atstumia vienas kitą, sunku juos laikyti mažame korpuse, nors 1A srovė yra maža, jei ji teka laidininku. Pavyzdžiui, toje pačioje 100 W kaitrinėje lempoje teka 0,5 A srovė, o elektriniame šildytuve - daugiau kaip 10 A. Tokia jėga (1 C) yra maždaug lygi 1 tonos masei, veikiančiai kūną iš žemės rutulio pusės.

Galbūt pastebėjote, kad formulė yra beveik tokia pati kaip ir gravitacinėje sąveikoje, tik jei masės atsiranda Niutono mechanikoje, tada krūviai - elektrostatinėje.

Kulono dielektrinės terpės formulė

Koeficientas, atsižvelgiant į SI sistemos vertes, nustatomas N²* m²/ Kl². Jis lygus:

Daugelyje vadovėlių šį koeficientą galima rasti trupmenos pavidalu:

Čia e₀= 8,85 * 10–12 Kl2 / N * m2 - tai yra elektros konstanta. Dielektrikui E yra terpės dielektrinė konstanta, tada Kulono dėsnis gali būti naudojamas apskaičiuojant vakuumo ir terpės krūvių sąveikos jėgas.

Atsižvelgiant į dielektriko įtaką, jis turi tokią formą:

Iš čia matome, kad dielektriko įvedimas tarp kūnų sumažina jėgą F.

Kaip nukreipiamos jėgos

Užtaisai sąveikauja tarpusavyje, priklausomai nuo jų poliškumo - identiški atstumia, o traukia priešingai (priešingai).

Beje, tai yra pagrindinis skirtumas nuo panašaus gravitacinės sąveikos dėsnio, kai kūnai visada traukia. Jėgos nukreiptos išilgai linijos, nubrėžtos tarp jų, vadinamos spindulio vektoriumi. Fizikoje žymimas r₁₂ ir kaip spindulio vektorius nuo pirmo iki antro krūvio ir atvirkščiai. Jėgos nukreipiamos nuo krūvio centro į priešingą krūvį išilgai šios linijos, jei krūviai yra priešingi, ir priešinga kryptimi, jei jie yra to paties pavadinimo (du teigiami arba du neigiami). Vektorine forma:

Pirmajam krūviui veikianti jėga iš antrosios pusės žymima F_12.Tada vektorine forma Kulono dėsnis yra toks:

Antrajam krūviui veikiančiai jėgai nustatyti žymėjimas F₂₁ ir R₂₁.

Jei kūnas yra sudėtingos formos ir yra pakankamai didelis, kad tam tikru atstumu jo negalima laikyti tašku, tada jis yra padalintas į mažas dalis ir kiekviena sekcija laikoma taškiniu užtaisu. Geometriškai sudėjus visus gautus vektorius, gaunama gauta jėga. Atomai ir molekulės sąveikauja tarpusavyje pagal tą patį dėsnį.

Praktinis pritaikymas

Kulono darbas yra labai svarbus elektrostatinėje srityje, praktiškai jis naudojamas daugelyje išradimų ir prietaisų. Ryškus pavyzdys yra žaibolaidis. Jo pagalba pastatai ir elektros įrenginiai yra apsaugoti nuo perkūnijos, taip išvengiant gaisro ir įrangos gedimų. Kai žemė lyja su perkūnija, atsiranda didelio masto sukeltas krūvis, jie pritraukiami prie debesies pusės. Pasirodo, žemės paviršiuje atsiranda didelis elektrinis laukas. Netoli žaibolaidžio galiuko jis turi didelę reikšmę, dėl to iš viršūnės (nuo žemės, per žaibolaidį iki debesies) užsidega koronos iškrova. Remiantis Kulono įstatymu, krūvis iš žemės pritraukiamas priešingu debesies krūviu. Oras jonizuotas, o elektrinis laukas mažėja šalia žaibolaidžio galo. Taigi, ant pastato nesikaupia mokesčiai, tokiu atveju žaibo smūgio tikimybė yra maža. Jei pastatas patiria smūgį, tada apsaugai nuo žaibo visa energija pateks į žemę.

Atliekant rimtus mokslinius tyrimus naudojama didžiausia XXI amžiaus konstrukcija - dalelių greitintuvas. Jame elektrinis laukas padidina dalelių energiją. Atsižvelgiant į šiuos procesus, atsižvelgiant į krūvių grupės poveikį taškiniam įkrovimui, paaiškėja, kad visi įstatymų santykiai yra galiojantys.

Galiausiai mes rekomenduojame žiūrėti vaizdo įrašą, kuriame išsamiai paaiškinamas Kulono įstatymas: