Coulomb lov: hva er det, formel og eksempler

Hva er Coulombs lov?

Coulombs lov brukes innen fysikk for å beregne den elektriske kraften som virker mellom ladinger ved hvile.

Fra denne loven er det mulig å forutsi hva som vil være den elektrostatiske tiltrekningskraften eller frastøtningen som eksisterer mellom to partikler i henhold til deres elektriske ladning og avstanden mellom dem.

Coulombs lov skylder navnet til den franske fysikeren Charles-Augustin de Coulomb, som i 1875 forkynte denne loven, og som danner grunnlaget for elektrostatikk:

"Størrelsen på hver av de elektriske kreftene som to punktladninger i hvile samvirker med er direkte proporsjonal med produktet av størrelsen på begge ladninger og omvendt proporsjonal med kvadratet på avstanden som skiller dem og har retningen på linjen som forbinder dem. Kraften er av frastøtelse hvis ladningene er av samme tegn, og av tiltrekning hvis de har motsatt tegn. ”

Denne loven er representert som følger:

• F = elektrisk tiltrekningskraft eller frastøtning i Newton (N). Like kostnader avviser og motsatte avgifter tiltrekker seg. k = er Coulomb-konstanten eller den elektriske proporsjonalitetskonstanten. Kraften varierer i henhold til mediet elektrisk permittivitet (ε), det være seg vann, luft, olje, vakuum. q = verdien av elektriske ladninger målt i Coulomb (C). r = avstand mellom lasteenhetene og som er målt i meter (m).

Det skal bemerkes at den elektriske permittiviteten til vakuum er konstant, og en av de mest brukte. Den beregnes på følgende måte: ε ₀ = 8,8541878176x10 ^-12 C ² / (nm ²). 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 punktladninger samtidig, og bestemmer bare kraften som eksisterer mellom q ₁ og q ₂ uten å ta hensyn til belastningene rundt den.

Coulomb var i stand til å bestemme egenskapene til elektrostatisk kraft ved å utvikle en torsjonsbalanse som et studieinstrument, som besto av en stang som hang på en fiber med evnen til å vri seg og gå tilbake til sin startposisjon.

På denne måten kunne Coulomb måle styrken som ble utøvd på et punkt på stangen ved å plassere flere ladede kuler på forskjellige avstander for å måle tiltrekningskraften eller avvise når stangen roterte.

Elektrostatisk kraft

Elektrisk ladning er en egenskap av materie og er årsaken til fenomener forbundet med elektrisitet.

Elektrostatikk er den grenen av fysikk som studerer effekten som genereres i kroppene i henhold til deres elektriske ladninger i likevekt.

Den elektriske kraften (F) er proporsjonal med belastningene som er samlet og er omvendt proporsjonal med avstanden mellom dem. Denne kraften virker radialt mellom lastene, det vil si en linje mellom lastene, og dermed er den en radiell vektor mellom de to lastene.

Derfor genererer to ladninger med det samme tegnet en positiv kraft, for eksempel: - ∙ - = + eller + ∙ + = +. På den annen side genererer to ladninger av motsatte tegn en negativ kraft, for eksempel: - ∙ + = - eller + ∙ - = -.

To ladninger med samme tegn frastøter hverandre (+ + / - -), men to ladninger med forskjellige tegn tiltrekker hverandre (+ - / - +).

Eksempel: hvis du gnir et Teflon-bånd med en hanske, er hansken positivt ladet og båndet negativt ladet, så når de kommer nærmere tiltrekker de seg. Hvis vi nå gnir en oppblåst ballong med håret vårt, blir ballongen ladet med negativ energi, og når vi tar den nærmere Teflon-båndet, frastøter begge hverandre fordi de har samme type lading.

Denne kraften avhenger også av den elektriske ladningen og avstanden mellom dem, det er et grunnleggende prinsipp for elektrostatikk, så vel som en lov som gjelder for ladninger i ro i et referansesystem.

Det er verdt å nevne at for små avstander øker kreftene til elektriske ladninger, og for store avstander reduseres kreftene til elektriske ladninger, det vil si at de avtar når ladningene beveger seg vekk fra hverandre.

Styrkenes styrke

Størrelsen på den elektromagnetiske kraften er en som påvirker kropper som inneholder en elektrisk ladning, og som kan føre til en fysisk eller kjemisk transformasjon gitt at kropper kan tiltrekke eller avvise.

Derfor er størrelsen som utøves på to elektriske ladninger lik konstanten til mediet der de elektriske ladningene er plassert ved kvotienten mellom produktet til hver av dem og avstanden som skiller dem til torget.

Størrelsen på den elektrostatiske kraften er proporsjonal med produktet av størrelsen på ladningene q ₁ xq ₂. Den elektrostatiske kraften på nært hold er veldig kraftig.

Eksempler på Coulombs lov

Nedenfor er forskjellige eksempler på øvelser der Coulomb's Law 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 fra begge ladningene. Som sett på bildet er det oppnådd en negativ kraft.

Illustrert eksempel på hvordan man bruker Coulombs lov:

Eksempel 2

Ha en belastning på 6 x 10 ^-6 C (q ₁), som er 2 m unna en belastning på -4 x 10 ^-6 C (q ₂). Så hva er størrelsen på kraften mellom disse to ladningene?

a. Koeffisientene multipliseres: 9 x 6 x 4 = 216.

b. Eksponentene blir lagt til algebraisk: -6 og -6 = -12. Nå -12 + 9 = -3.

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

Eksempler på øvelser

1. Vi har en ladning på 3 x 10 ^-6 C (q ₁) og en annen ladning på -8 x 10 ^-6 C (q ₂) 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 ^-6 C (q ₁) og en annen ladning på 2,5 x 10 ^-6 C (q ₂), som er i ro og i vakuum på avstand 5 cm (husk å ta cm ved å følge det internasjonale målesystemet).

Svar: F = 9 N.