Kas ir Kulona likums?
Kulona likums tiek izmantots fizikas jomā līdz aprēķiniet elektrisko spēku, kas darbojas starp diviem lādiņa stāvokļiem.
Pēc šī likuma ir iespējams paredzēt, kāds būs elektrostatiskais pievilkšanas vai atgrūšanas spēks, kas pastāv starp divām daļiņām atbilstoši to elektriskajam lādiņam un attālumam starp tām.
Kulona likums ir parādā savu vārdu franču fiziķim Čārlzam-Augustinam de Kulonam, kurš 1875. gadā izsludināja šo likumu un kas ir elektrostatikas pamats:
"Katra elektriskā spēka, ar kuru mijiedarbojas divu punktu lādiņi, lielums ir tieši proporcionāls abu lādiņu lieluma reizinājumam un apgriezti proporcionāls attāluma kvadrātam, kas tos atdala, un ir ar līnijas virzienu, kas savienojas tos. Spēks ir noraidošs, ja lādiņiem ir viena un tā pati zīme, un pievilcība, ja tiem ir pretēja zīme ”.
Šis likums ir attēlots šādi:
- F = pievilkšanas vai atgrūšanas elektriskais spēks Ņūtonos (N). Tāpat kā lādiņi atgrūž un pretēji lādiņi piesaista.
- k = ir Kulona konstante vai proporcionalitātes elektriskā konstante. Spēks mainās atkarībā no barotnes elektriskās caurlaidības (ε), neatkarīgi no tā, vai tas ir ūdens, gaiss, eļļa, vakuums.
- kas = elektrisko lādiņu vērtība, kas izmērīta Kulonā (C).
- r = attālums, kas atdala lādiņus un ko mēra metros (m).
Jāatzīmē, ka vakuuma elektriskā caurlaidība ir nemainīga un viena no visplašāk izmantotajām. To aprēķina šādi: ε 0 = 8,8541878176x10-12 C2 / (Nm2). Ir ārkārtīgi svarīgi ņemt vērā materiāla caurlaidību.
Kulona konstantes vērtība starptautiskajā mērījumu sistēmā ir:
Šis likums ņem vērā tikai divu punktu lādiņu mijiedarbību vienlaicīgi un nosaka tikai spēku, kas pastāv starp q1 un kas2 neņemot vērā apkārt esošās slodzes.
Kulons spēja noteikt elektrostatiskā spēka īpašības, izstrādājot vērpes līdzsvaru kā mācību instrumentu, kas sastāvēja no stieņa, kas karājās uz šķiedras ar spēju pagriezties un atgriezties sākotnējā stāvoklī.
Tādā veidā Kulons varēja izmērīt spēku, kas tiek iedarbināts uz stieņa punktu, novietojot vairākas uzlādētas sfēras dažādos attālumos, lai mērītu pievilcīgo vai atbaidošo spēku, kad stienis griežas.
Elektrostatiskais spēks
Elektriskā lādiņa ir matērijas īpašība un ir ar elektrību saistīto parādību cēlonis.
Elektrostatika ir fizikas nozare, kas pēta ķermenī radītos efektus atbilstoši to elektriskajiem lādiņiem līdzsvarā.
Elektriskais spēks (F) ir proporcionāls lādiņiem, kas sanāk, un ir apgriezti proporcionāls attālumam starp tiem. Šis spēks darbojas starp lādiņiem radiāli, tas ir, līniju starp lādiņiem, līdz ar to tas ir radiāls vektors starp abiem lādiņiem.
Tāpēc divi vienas zīmes lādiņi rada pozitīvu spēku, piemēram: - ∙ - = + vai + ∙ + = +. No otras puses, divi lādiņi ar pretējām zīmēm rada negatīvu spēku, piemēram: - ∙ + = - vai + ∙ - = -.
Tomēr divi lādiņi ar vienu un to pašu zīmi atgrūž (+ + / - -), bet divi lādiņi ar dažādām zīmēm piesaista (+ - / - +).
Piemērs: ja jūs berzējat teflona lenti ar cimdu, cimds ir pozitīvi uzlādēts un lente ir negatīvi uzlādēta, tāpēc, tuvojoties, viņi piesaista viens otru. Tagad, ja mēs ar matiem berzēsim piepūstu balonu, balons tiks uzlādēts ar negatīvu enerģiju, un, kad tas tiks tuvināts teflona lentei, abi atgrūdīs viens otru, jo viņiem ir vienāda veida lādiņš.
Tāpat šis spēks ir atkarīgs no elektriskā lādiņa un attāluma starp tiem, tas ir elektrostatikas pamatprincips, kā arī likums, kas piemērojams lādiņiem nemierīgā stāvoklī atskaites rāmī.
Ir vērts pieminēt, ka nelielos attālumos elektrisko lādiņu spēki palielinās, un lielos attālumos elektrisko lādiņu spēki samazinās, tas ir, tie samazinās, lādiņiem attālinoties viens no otra.
Spēka lielums
Elektromagnētiskā spēka lielums ietekmē ķermeņus, kas satur elektrisko lādiņu, un tas var izraisīt fizisku vai ķīmisku pārveidošanos, jo ķermeņi var piesaistīt vai atgrūst viens otru.
Tādēļ divu elektrisko lādiņu lielums ir vienāds ar barotnes konstanti, kurā atrodas elektriskie lādiņi, ar koeficientu starp katra no tiem reizinājumu un attālumu, kas tos atdala, kvadrātā.
Elektrostatiskā spēka lielums ir proporcionāls lādiņu q lieluma reizinājumam1 jo2. Elektrostatiskais spēks tuvā diapazonā ir ļoti spēcīgs.
Kulona likuma piemēri
Zemāk ir sniegti dažādi vingrinājumu piemēri, kur jāpiemēro Kulona likums.
1. piemērs
Mums ir divi elektriskie lādiņi, viens no + 3c un viens no -2c, kurus atdala 3m attālums. Lai aprēķinātu spēku, kas pastāv starp abiem lādiņiem, ir nepieciešams reizināt konstanti K ar abu lādiņu reizinājumu. Kā redzams attēlā, ir iegūts negatīvs spēks.
Ilustrēts piemērs, kā piemērot Kulona likumu:
2. piemērs
Mēs saņēmām 6 x 10 slodzi-6C (q1), kas atrodas 2 m attālumā no -4 x 10 slodzes-6C (q2). Kāds ir spēka lielums starp šiem diviem lādiņiem?
uz. Koeficienti tiek reizināti: 9 x 6 x 4 = 216.
b. Eksponentus pievieno algebriski: -6 un -6 = -12. Tagad -12 + 9 = -3.
Atbilde: F = 54 x 10-3 N.
Vingrinājumu piemēri
1. Mums ir 3 x 10 slodze-6C (q1) un vēl viena slodze -8 x 10-6C (q2) 2 m attālumā. Cik liels ir pievilcīgais spēks, kas pastāv starp abiem?
Atbilde: F = 54 X 10-3 N.
2. Nosakiet spēku, kas iedarbojas starp diviem elektriskajiem lādiņiem 1 x 10-6C (q1) un vēl 2,5 x 10 slodze-6C (q2), kas atrodas miera stāvoklī un vakuumā 5 cm attālumā (atcerieties, ka cm jāsasniedz līdz m, ievērojot Starptautisko mērījumu sistēmu).
Atbilde: F = 9 N.
