закон

Закон на Кулон

Модулът на силата на взаимодействие между два точкови заряда във вакуум е право пропорционален на произведението на модулите на тези заряди и обратно пропорционален на квадрата на разстоянието между тях.

В противен случай: две точки се зареждат вакуумдействат един върху друг със сили, които са пропорционални на произведението на модулите на тези заряди, обратно пропорционални на квадрата на разстоянието между тях и насочени по правата линия, свързваща тези заряди. Тези сили се наричат електростатични (кулонови).

тяхната неподвижност. В противен случай влизат в сила допълнителни ефекти: магнитно поледвижещ се заряд и съответните доп Сила на Лоренц, действащ върху друг движещ се заряд;

взаимодействие в вакуум.

където е силата, с която заряд 1 действа върху заряд 2; - величина на таксите; - радиус вектор (вектор, насочен от заряд 1 към заряд 2 и равен по абсолютна стойност на разстоянието между зарядите - ); - коефициент на пропорционалност. По този начин законът показва, че еднаквите заряди отблъскват (и различните заряди привличат).

IN SSSE мерна единицазаряд се избира по такъв начин, че коеф кравно на едно.

IN Международна системаединици (SI)една от основните единици е единицата сила на електрически ток ампер, а единицата за заряд е висулка- производно от него. Стойността на ампера се определя по такъв начин, че к= c2·10−7 Gn/m = 8,9875517873681764 109 Нм2/ кл 2 (или F−1 m). SI коефициент ксе записва като:

където ≈ 8.854187817·10−12 F/m - електрическа константа.

Законът на Кулон е:

Закон на Кулон За закона за сухото триене вижте закона на Амонтон-КулонМагнитостатика Електродинамика Електрическа верига Ковариантна формулировка Известни учени

Закон на Кулоне закон, който описва силите на взаимодействие между точковите електрически заряди.

Открит е от Чарлз Кулон през 1785 г. След провеждане на голям брой експерименти с метални топки, Чарлз Кулон дава следната формулировка на закона:

В противен случай: Два точкови заряда във вакуум действат един върху друг със сили, които са пропорционални на произведението на модулите на тези заряди, обратно пропорционални на квадрата на разстоянието между тях и насочени по правата, свързваща тези заряди. Тези сили се наричат електростатични (кулонови).

Важно е да се отбележи, че за да бъде законът верен, е необходимо:

точкови заряди - т.е. разстоянието между заредените тела е много по-голямо от техните размери - обаче може да се докаже, че силата на взаимодействие на два обемно разпределени заряда със сферично симетрични непресичащи се пространствени разпределения е равна на силата на взаимодействие на два еквивалентни точкови заряда, разположени в центрове на сферична симетрия;
тяхната неподвижност. В противен случай влизат в сила допълнителни ефекти: магнитното поле на движещ се заряд и съответната допълнителна сила на Лоренц, действаща върху друг движещ се заряд;
взаимодействие във вакуум.

Въпреки това, с някои корекции, законът е валиден и за взаимодействия на заряди в среда и за движещи се заряди.

Във векторна форма във формулировката на C. Coulomb законът е написан, както следва:

където е силата, с която заряд 1 действа върху заряд 2; - величина на таксите; - радиус вектор (вектор, насочен от заряд 1 към заряд 2 и равен по абсолютна стойност на разстоянието между зарядите -); - коефициент на пропорционалност. По този начин законът показва, че еднаквите заряди отблъскват (и различните заряди привличат).

Коефициент к

В SGSE единицата за измерване на заряда е избрана по такъв начин, че коеф кравно на едно.

В Международната система единици (SI) една от основните единици е единицата за електрически ток, ампер, а единицата за заряд, кулон, е нейна производна. Стойността на ампера се определя по такъв начин, че к= c2·10-7 H/m = 8.9875517873681764·109 N·m2/Cl2 (или Ф−1·m). SI коефициент ксе записва като:

където ≈ 8,854187817·10−12 F/m е електрическата константа.

В хомогенно изотропно вещество относителната диелектрична проницаемост на средата ε се добавя към знаменателя на формулата.

Закон на Кулон в квантовата механика

В квантовата механика законът на Кулон се формулира не с помощта на концепцията за сила, както в класическата механика, а с помощта на концепцията за потенциалната енергия на взаимодействието на Кулон. В случай, че разглежданата в квантовата механика система съдържа електрически заредени частици, към хамилтоновия оператор на системата се добавят членове, изразяващи потенциалната енергия на кулоновото взаимодействие, както се изчислява в класическата механика.

Така операторът на Хамилтън на атом с ядрен заряд Зима формата:

тук м- електронна маса, де неговият заряд, е абсолютната стойност на радиус вектора йти електрон, . Първият член изразява кинетичната енергия на електроните, вторият член изразява потенциалната енергия на кулоновото взаимодействие на електроните с ядрото, а третият член изразява потенциалната кулонова енергия на взаимното отблъскване на електроните. Сумирането в първия и втория член се извършва върху всички N електрони. В третия член сумирането се извършва за всички двойки електрони, като всяка двойка се появява веднъж.

Законът на Кулон от гледна точка на квантовата електродинамика

Според квантовата електродинамика електромагнитното взаимодействие на заредените частици се осъществява чрез обмен на виртуални фотони между частиците. Принципът на неопределеност за времето и енергията позволява съществуването на виртуални фотони за времето между моментите на тяхното излъчване и поглъщане. Колкото по-малко е разстоянието между заредените частици, толкова по-малко време е необходимо на виртуалните фотони, за да преодолеят това разстояние и следователно, толкова по-голяма е енергията на виртуалните фотони, разрешена от принципа на неопределеността. При малки разстояния между зарядите принципът на неопределеността позволява обмен на фотони с дълги и къси вълни, а на големи разстояния в обмена участват само фотони с дълги вълни. По този начин, използвайки квантовата електродинамика, може да се изведе законът на Кулон.

История

За първи път Г. В. Ричман предложи да се изследва експериментално законът за взаимодействие на електрически заредени тела през 1752-1753 г. Той възнамеряваше да използва електрометъра „стрелка“, който беше проектирал за тази цел. Изпълнението на този план беше предотвратено от трагичната смърт на Ричман.

През 1759 г. Ф. Епинус, професор по физика в Академията на науките в Санкт Петербург, който заема катедрата на Рихман след смъртта му, за първи път предполага, че зарядите трябва да взаимодействат обратно пропорционално на квадрата на разстоянието. През 1760 г. се появява кратко съобщениече Д. Бернули в Базел установява квадратичния закон, използвайки проектирания от него електрометър. През 1767 г. Пристли отбелязва в своята История на електричеството, че опитът на Франклин при откриването на липсата на електрическо полевътре в заредена метална топка, може да означава това "електрическото привличане следва абсолютно същия закон като гравитацията, тоест квадрат на разстоянието". Шотландският физик Джон Робисън твърди (1822), че е открил през 1769 г., че топки с еднакъв електрически заряд се отблъскват със сила, обратно пропорционална на квадрата на разстоянието между тях, и по този начин очаква откриването на закона на Кулон (1785).

Около 11 години преди Кулон, през 1771 г., законът за взаимодействие на зарядите е експериментално открит от Г. Кавендиш, но резултатът не е публикуван и за дълго време(над 100 години) остана неизвестен. Ръкописите на Кавендиш са представени на Д. К. Максуел едва през 1874 г. от един от потомците на Кавендиш при откриването на Кавендишката лаборатория и са публикувани през 1879 г.

Самият Кулон изучава усукването на нишките и изобретява торсионния баланс. Той открива своя закон, като ги използва за измерване на силите на взаимодействие на заредени топки.

Закон на Кулон, принцип на суперпозиция и уравнения на Максуел

Законът на Кулон и принципът на суперпозицията за електрическите полета са напълно еквивалентни на уравненията на Максуел за електростатиката и. Това означава, че законът на Кулон и принципът на суперпозицията за електрическите полета са изпълнени тогава и само ако уравненията на Максуел за електростатиката са изпълнени и, обратно, уравненията на Максуел за електростатиката са изпълнени тогава и само ако са изпълнени законът на Кулон и принципът на суперпозицията за електрическите полета.

Степен на точност на закона на Кулон

Законът на Кулон е експериментално установен факт. Неговата валидност е многократно потвърждавана от все по-точни експерименти. Една от насоките на такива експерименти е да се провери дали показателят се различава rв закона от 2. За да намерим тази разлика, използваме факта, че ако мощността е точно равна на две, тогава няма поле вътре в кухината в проводника, каквато и да е формата на кухината или проводника.

Експерименти, проведени през 1971 г. в САЩ от Е. Р. Уилямс, Д. Е. Волър и Г. А. Хил, показват, че показателят в закона на Кулон е равен на 2 с точност до .

За да проверят точността на закона на Кулон при вътрешноатомни разстояния, W. Yu. Lamb и R. Rutherford през 1947 г. използват измервания на относителните позиции на водородните енергийни нива. Установено е, че дори при разстояния от порядъка на атомни 10−8 cm показателят в закона на Кулон се различава от 2 с не повече от 10−9.

Коефициентът в закона на Кулон остава постоянен с точност до 15·10−6.

Изменения в закона на Кулон в квантовата електродинамика

На малки разстояния (от порядъка на дължината на вълната на електрона на Комптън, ≈3,86·10−13 m, където е масата на електрона, е константата на Планк, е скоростта на светлината), нелинейните ефекти на квантовата електродинамика стават значителни: обменът на виртуални фотони се наслагва върху генерирането на виртуални двойки електрон-позитрон (а също и мюон-антимуон и таон-антитаон) и влиянието на скрининга се намалява (виж пренормиране). И двата ефекта водят до появата на експоненциално намаляващи членове в израза за потенциалната енергия на взаимодействие на зарядите и в резултат на това до увеличаване на силата на взаимодействие в сравнение с изчислената по закона на Кулон. Например изразът за потенциала на точковия заряд в системата SGS, като се вземат предвид радиационните корекции от първи ред, приема формата:

където е дължината на вълната на Комптън на електрона, е константата на фината структура и. На разстояния от порядъка на ~ 10−18 m, където е масата на W бозона, се проявяват електрослаби ефекти.

В силни външни електромагнитни полета, съставляващи забележима част от полето на вакуумен пробив (от порядъка на ~1018 V/m или ~109 Tesla, такива полета се наблюдават, например, близо до някои видове неутронни звезди, а именно магнетари), Кулон законът също е нарушен поради разсейването на Делбрюк на обменните фотони върху фотоните на външното поле и други, по-сложни нелинейни ефекти. Това явление намалява силата на Кулон не само в микро, но и в макромащаб; по-специално, в силно магнитно поле, потенциалът на Кулон не пада обратно пропорционално на разстоянието, а експоненциално.

Закон на Кулон и поляризация на вакуума

Феноменът на вакуумната поляризация в квантовата електродинамика се състои в образуването на виртуални двойки електрон-позитрон. Облак от двойки електрон-позитрон екранира електрическия заряд на електрона. Екранирането се увеличава с увеличаване на разстоянието от електрона; в резултат на това ефективният електрически заряд на електрона е намаляваща функция на разстоянието. Ефективният потенциал, създаден от електрон с електрически заряд, може да бъде описан чрез зависимост на формата. Ефективният заряд зависи от разстоянието според логаритмичния закон:

Т.н. константа на фина структура ≈7,3·10−3;

Т.н. класически електронен радиус ≈2,8·10−13 cm..

Juhling ефект

Феноменът на отклонение на електростатичния потенциал на точковите заряди във вакуум от стойността на закона на Кулон е известен като ефекта на Джулинг, който е първият, който изчислява отклоненията от закона на Кулон за водородния атом. Ефектът на Uehling осигурява корекция на Lamb shift от 27 MHz.

Законът на Кулон и свръхтежките ядра

В силно електромагнитно поле в близост до свръхтежки ядра със заряд се получава преструктуриране на вакуума, подобно на конвенционален фазов преход. Това води до промени в закона на Кулон

Значението на закона на Кулон в историята на науката

Законът на Кулон е първият, който е открит количествено и формулиран в математически езикзакон за електромагнитните явления. Съвременната наука за електромагнетизма започва с откриването на закона на Кулон.

Вижте също

Електрическо поле
Голям обсег
Закон на Био-Савар-Лаплас
Закон за привличането
Медальон, Чарлз Августин де
Висулка (мерна единица)
Принцип на суперпозиция
Уравнения на Максуел

Връзки

Закон на Кулон (видео урок, програма за 10. клас)

Бележки

Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Теоретична физика: Учебник. ръководство: За университети. В 10 тома Т. 2 Теория на полето. - 8-мо изд., стереот. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2001. - 536 с. - ISBN 5-9221-0056-4 (том 2), гл. 5 Постоянно електромагнитно поле, параграф 38 Поле на равномерно движещ се заряд, стр. 132
Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Теоретична физика: Учебник. ръководство: За университети. В 10 т. Т. 3. Квантова механика(нерелативистка теория). - 5-то изд., стереот. - М.: Физматлит, 2002. - 808 с. - ISBN 5-9221-0057-2 (том 3), гл. 3 Уравнение на Шрьодингер, стр. 17 Уравнение на Шрьодингер. 74
Г. Бете Квантова механика. - пер. от английски, изд. В. Л. Бонч-Бруевич, “Мир”, М., 1965, част 1 Теория на структурата на атома, гл. 1 Уравнение на Шрьодингер и приближени методи за неговото решаване, p. 11
R. E. Peierls Закони на природата. платно от английски редактиран от проф. И. М. Халатникова, Държавно издателство за физико-математическа литература, М., 1959 г., ниво. 20 000 бр., 339 стр., гл. 9 „Електрони при високи скорости“, стр. „Сили при високи скорости. Други трудности“, стр. 263
L. B. Okun... z Елементарно въведение във физиката на елементарните частици, М., Наука, 1985, Библиотека „Квант”, кн. 45, p. „Виртуални частици”, p. 57.
Нови ком. акад. Sc. имп. Petropolitanae, с. IV, 1758, стр. 301.
Epinus F.T.U.Теория на електричеството и магнетизма. - Л.: Академия на науките на СССР, 1951. - 564 с. - (Класици на науката). – 3000 бр.
Абел Социн (1760) Acta Helvetica, кн. 4, стр. 224-225.
Дж. Пристли. Историятаи настоящото състояние на електричеството с оригинални експерименти. Лондон, 1767 г., стр. 732.
Джон Робисън Система от механична философия(Лондон, Англия: Джон Мъри, 1822), том. 4. На страница 68 Робисън заявява, че през 1769 г. е публикувал своите измервания на силата, действаща между сфери с еднакъв заряд, и също така описва историята на изследванията в тази област, отбелязвайки имената на Апинус, Кавендиш и Кулон. На страница 73 авторът пише, че силата се променя като х−2,06.
С. Р. Филонович “Кавендиш, Кулон и електростатика”, М., “Знание”, 1988, BBK 22.33 F53, гл. „Съдбата на закона“, стр. 48
Р. Файнман, Р. Лейтън, М. Сандс, Фейнманови лекции по физика, том. 5, "Електричество и магнетизъм", прев. от английски, изд. Я. А. Смородински, изд. 3, M., Editorial URSS, 2004, ISBN 5-354-00703-8 (Електричество и магнетизъм), ISBN 5-354-00698-8 ( Завършена работа), гл. 4 „Електростатика”, параграф 1 „Статика”, стр. 70-71;
Р. Файнман, Р. Лейтън, М. Сандс, Фейнманови лекции по физика, том. 5, "Електричество и магнетизъм", прев. от английски, изд. Я. А. Смородински, изд. 3, М., Редакция URSS, 2004, ISBN 5-354-00703-8 (Електричество и магнетизъм), ISBN 5-354-00698-8 (Пълна работа), гл. 5 „Приложение на закона на Гаус“, параграф 10 „Поле в кухината на проводника“, стр. 106-108;
E. R. Williams, J. E. Faller, H. A. Hill „Нов експериментален тест на закона на Кулон: Лабораторна горна граница на масата на покой на фотона“, Phys. Rev. Lett. 26, 721-724 (1971);
W. E. Lamb, R. C. RetherfordФина структура на водородния атом по микровълнов метод (английски) // Физически преглед. - Т. 72. - № 3. - С. 241-243.
1 2 Р. Файнман, Р. Лейтън, М. Сандс, Фейнманови лекции по физика, том. 5, "Електричество и магнетизъм", прев. от английски, изд. Я. А. Смородински, изд. 3, М., Редакция URSS, 2004, ISBN 5-354-00703-8 (Електричество и магнетизъм), ISBN 5-354-00698-8 (Пълна работа), гл. 5 „Приложение на закона на Гаус“, параграф 8 „Точен ли е законът на Кулон?“, стр. 103;
CODATA (Комисията по данни за наука и технологии)
Берестецки, В. Б., Лифшиц, Е. М., Питаевски, Л. П.Квантова електродинамика. - 3-то издание, преработено. - М.: Наука, 1989. - С. 565-567. - 720 с. - (“Теоретична физика”, том IV). - ISBN 5-02-014422-3
Неда СадугиМодифициран кулонов потенциал на QED в силно магнитно поле (английски).
Okun L. B. „Физика на елементарните частици“, изд. 3-ти, М., „Редакция URSS”, 2005, ISBN 5-354-01085-3, BBK 22.382 22.315 22.3o, гл. 2 „Гравитация. Електродинамика”, „Вакуумна поляризация”, стр. 26-27;
“Физика на микросвета”, гл. изд. Д. В. Ширков, М., “ Съветска енциклопедия“, 1980, 528 с., ил., 530.1(03), F50, чл. „Ефективно обвинение”, авт. Чл. Д. В. Ширков, с. 496;
Яворски Б. М. „Наръчник по физика за инженери и студенти” / Б. М. Яворски, А. А. Детлаф, А. К. Лебедев, 8-мо изд., преработено. и рев., М.: Издателска къща Onyx LLC, Издателска къща Mir and Education LLC, 2006, 1056 стр.: ил., ISBN 5-488-00330-4 (Издателска къща Onyx LLC), ISBN 5-94666 -260- 0 (Publishing House Mir and Education LLC), ISBN 985-13-5975-0 (Harvest LLC), UDC 530 (035) BBK 22.3, Ya22, „Приложения“, „Фундаментални физически константи“, с . 1008;
Uehling E.A., Phys. Rev., 48, 55, (1935)
“Мезони и полета” S. Schweber, G. Bethe, F. Hoffmann том 1 Fields гл. 5 Свойства на уравнението на Дирак стр. 2. Състояния с отрицателна енергия c. 56, гл. 21 Пренормиране, параграф 5 Вакуумна поляризация от 336
A. B. Migdal „Вакуумна поляризация в силни полета и пионна кондензация“, „Напредък физически науки“, t. 123, v. 3, 1977, ноември, стр. 369-403;
Спиридонов О. П. „Универсални физически константи”, М., „Просвещение”, 1984 г., стр. 52-53;

Литература

Филонович С. Р. Съдба класическо право. - М., Наука, 1990. - 240 с., ISBN 5-02-014087-2 (Библиотека Квант, бр. 79), реф. 70500 копия

Категории:

Физически закони
Електростатика

Закон на Кулон

Торсион Терезис от Кулон

Закон на Кулон- един от основните закони на електростатиката, който определя големината и пряката сила на взаимодействие между два неразрушими точкови заряда. Законът е установен за първи път експериментално със задоволителна точност от Хенри Кавендиш през 1773 г. Той разработва метода на сферичния кондензатор, без да публикува резултатите си. През 1785 г. законът е установен от Чарлз Кулон с помощта на специални торсионни скоби.

Визначення

Електростатичната сила на взаимодействие F 12 на два точкови неподвижни заряда q 1 и q 2 във вакуум е право пропорционална на добавянето на абсолютната стойност на зарядите и е пропорционална на квадрата на разстоянието r 12 между тях. F 12 = k ⋅ q 1 ⋅ q 2 r 12 2 (\displaystyle F_(12)=k\cdot (\frac (q_(1)\cdot q_(2))(r_(12)^(2))) ),

за векторна форма:

F 12 = k ⋅ q 1 ⋅ q 2 r 12 3 r 12 (\displaystyle \mathbf (F_(12)) =k\cdot (\frac (q_(1)\cdot q_(2))(r_(12) ^(3)))\mathbf (r_(12)) ,

Силата на взаимодействие е насочена в същата посока като между зарядите, при което еднаквите заряди се привличат, а противоположните се привличат. Силите, които се определят от закона на Кулон, са адитивни.

За да бъде формулиран законът, е необходимо да бъдат посветени следните умове:

Точността на зарядите - между заредени тела - може да бъде много по-голяма в зависимост от размера на тялото.
Нечупливи заряди. При продължителен епизод е необходимо да се добави магнитно поле към заряда, който се срутва.
Законът е формулиран за такси във вакуум.

Станаха електростатични

Фактор на пропорционалност кТова се нарича електростатична стомана. Вин да лежи в избора на единици на изчезване. По този начин международната система има единици (SI)

K = 1 4 π ε 0 ≈ (\displaystyle k=(\frac (1)(4\pi \varepsilon _(0)))\приблизително ) 8,987742438 109 N m2 Cl-2,

de ε 0 (\displaystyle \varepsilon _(0)) - стана електрически. Законът на Кулон изглежда така:

F 12 = 1 4 π ε 0 q 1 q 2 r 12 3 r 12 (\displaystyle \mathbf (F) _(12)=(\frac (1)(4\pi \varepsilon _(0)))(\ frac (q_(1)q_(2))(r_(12)^(3)))\mathbf (r) _(12)) .

През последните три години основната система с някои модификации беше системата GHS. Много класическа физическа литература е написана на базата на една от разновидностите на системата GHS - системата от единици на Гаус. Нейната зарядна единица е подредена по такъв начин, че к=1 и законът на Кулон приема формата:

F 12 = q 1 q 2 r 12 3 r 12 (\displaystyle \mathbf (F) _(12)=(\frac (q_(1)q_(2))((r)_(12)^(3) ))\mathbf (r) _(12)) .

Подобна форма на закона на Кулон може да съществува в атомната система, която се използва в атомната физика за квантови химични реакции.

Законът на Кулон в средата

В средата силата на взаимодействие между зарядите се променя в резултат на поляризацията. За хомогенна изотропна среда има промяна в характеристиката на пропорционалната стойност на тази среда, която се нарича диелектрична стомана или диелектрично проникване и също се нарича ε (\displaystyle \varepsilon). Силата на Кулон в системата CI изглежда така

F 12 = 1 4 π ε ε 0 q 1 q 2 r 12 3 r 12 (\displaystyle \mathbf (F) _(12)=(\frac (1)(4\pi \varepsilon \varepsilon _(0)) )(\frac (q_(1)q_(2))(r_(12)^(3)))\mathbf (r) _(12)) .

Диелектричеството стана много близко до единица, така че в този случай формулата за вакуум може да се определи с достатъчна точност.

История на откритията

Предположенията за това, че взаимодействията между електрифицираните тела се подчиняват на един и същ закон на пропорционалност на квадрата на площта, която е тежка, многократно се определят от потомците в средата на 18 век. В началото на 1770-те години Хенри Кавендиш открива експериментално, но не публикува резултатите си и те стават известни едва в края на 19 век. след публикуването на моите архиви. Шарл Кулон публикува закона от 1785 г. в два мемоара, представени на Френската академия на науките. През 1835 г. Карл Гаус публикува теоремата на Гаус, получена въз основа на закона на Кулон. Според теоремата на Гаус законът на Кулон е включен в основните принципи на електродинамиката.

Обръщане на закона

За макроскопски изследвания в експерименти със земни умове, които са извършени по метода на Кавендиш, индикатор за степента на rВ закона на Кулон е невъзможно да се раздели 2 повече от 6·10−16. От експерименти с разсейване на алфа частици се оказва, че законът на Кулон не се нарушава до разстояния от 10−14 m законът е формулиран (концепцията за власт е ня), изразходвайте смисъл . Тази област от огромен мащаб има законите на квантовата механика.

Законът на Кулон може да се използва като едно от наследствата на квантовата електродинамика, в рамките на която взаимодействието на честотите на зареждане включва обмен на виртуални фотони. В резултат на това експериментите от тестване на принципите на квантовата електродинамика могат да бъдат последвани от тестване на закона на Кулон. По този начин експериментите с анихилация на електрони и позитрони показват, че законите на квантовата електродинамика не се прилагат за разстояния от 10-18 m.

див. също

Теорема на Гаус
Сила на Лоренц

Джерела

Гончаренко С. У.Физика: Основни закони и формули.. - К.: Либидь, 1996. - 47 с.
Кучерук И. М., Горбачук И. Т., Луцик П. П.Електрика и магнетизъм // Общият курс на физиката. - К.: Техника, 2006. - Т. 2. - 456 с.
Фриш С. Е., Тиморева А. В.Електрически и електромагнитни кутии // Курс по глобална физика. – К.: Радянска школа, 1953. – Т. 2. – 496 с.
Физическа енциклопедия / Изд. А. М. Прохорова. - М.: Съветска енциклопедия, 1990. - Т. 2. - 703 с.
Сивухин Д.В.Електричество // Общ курс по физика. - М.: Физматлит, 2009. - Т. 3. - 656 с.

Бележки

А b Законът на Кулон може да се приложи тясно към сухи заряди, тъй като тяхната течливост е много по-ниска от тази на светлината
А b Y -- Coulomb (1785a) "Premier mémoire sur l'électricité et le magnétisme," , страници 569-577 -- Висулката е направена от сила за вкарване на еднакви заряди:
Страница 574: Il résulte donc de ces trois essais, que l"action répulsive que les deux balles électrifées de la même nature d"électricité exercent l"une sur l"autre, suit la raison inverse du carré des distances.

Превод: Също така, от тези три заключения следва, че силата между две електрифицирани намотки, заредени от електричество от едно и също естество, следва закона на описаната пропорционалност до квадрата на разстоянието.
Y -- Coulomb (1785b) "Втори мемоари за електричеството и магнетизма", Histoire de l'Académie Royale des Sciences, страници 578-611. - Висулката показа, че телата със съседни заряди се привличат със силата на пропорционално отношение.
Изборът на такава ясно сложна формула на разсъждение се дължи на факта, че в Международната система основната единица не е електрическият заряд, а единицата за електрически ток ампер, а основното ниво на електродинамиката се записва без множителя 4 π (\displaystyle 4 \pi ) .

Закон на Кулон

Ирина Рудерфер

Законът на Кулон е закон за взаимодействието на точковите електрически заряди.

Открит е от Кулон през 1785 г. След провеждане на голям брой експерименти с метални топки, Чарлз Кулон дава следната формулировка на закона:

Силата на взаимодействие между две точкови неподвижни заредени тела във вакуум е насочена по правата линия, свързваща зарядите, е право пропорционална на произведението на модулите на заряда и е обратно пропорционална на квадрата на разстоянието между тях.
Важно е да се отбележи, че за да бъде законът верен, е необходимо:
1. точков характер на зарядите - т.е. разстоянието между заредените тела е много по-голямо от техните размери.
2.неподвижността им. В противен случай трябва да се вземат предвид допълнителни ефекти: възникващото магнитно поле на движещ се заряд и съответната допълнителна сила на Лоренц, действаща върху друг движещ се заряд.
3.взаимодействие във вакуум.
Въпреки това, с някои корекции, законът е валиден и за взаимодействия на заряди в среда и за движещи се заряди.

Във векторна форма във формулировката на C. Coulomb законът е написан, както следва:

Където F1,2 е силата, с която заряд 1 действа върху заряд 2; q1,q2 - величина на зарядите; - радиус вектор (вектор, насочен от заряд 1 към заряд 2 и равен по абсолютна стойност на разстоянието между зарядите - r12); k - коефициент на пропорционалност. По този начин законът показва, че еднаквите заряди отблъскват (и различните заряди привличат).

Не гладете срещу зърното!

Знаейки за съществуването на електричество от хиляди години, хората започват да го изучават научно едва през 18 век. (Интересно е, че учените от онази епоха, които се заеха с този проблем, идентифицираха електричеството като отделна наука от физиката и се нарекоха „електротехници“.) Един от водещите пионери на електричеството беше Шарл Огюстен дьо Кулон. След като внимателно изучава силите на взаимодействие между телата, носещи различни електростатични заряди, той формулира закона, който сега носи неговото име. По принцип той провежда експериментите си по следния начин: различни електростатични заряди се прехвърлят на две малки топки, окачени на най-тънките нишки, след което суспензиите с топките се приближават. Когато се приближиха достатъчно, топките започнаха да се привличат една към друга (с противоположни полярности на електрическите заряди) или да се отблъскват (в случай на еднополярни заряди). В резултат на това нишките се отклоняват от вертикалата под достатъчно голям ъгъл, при който силите на електростатично привличане или отблъскване се балансират от силите на гравитацията. След като измери ъгъла на отклонение и знае масата на топките и дължината на окачването, Кулон изчисли силите на електростатично взаимодействие на различни разстояния на топките една от друга и въз основа на тези данни изведе емпирична формула:

Където Q и q са величините на електростатичните заряди, D е разстоянието между тях и k е експериментално определената константа на Кулон.

Нека веднага да отбележим два интересни момента в закона на Кулон. Първо, в своята математическа форма той повтаря закона на Нютон за всемирното привличане, ако в последния заменим масите с заряди, а константата на Нютон с константата на Кулон. И има всички основания за това сходство. Според съвременните квантова теорияполета, както електрически, така и гравитационни полета, възникват, когато физически телаобменят помежду си елементарни частици, носители на енергия, лишени от маса на покой - съответно фотони или гравитони. По този начин, въпреки очевидната разлика в природата на гравитацията и електричеството, тези две сили имат много общи неща.

Втората важна бележка се отнася до константата на Кулон. Когато шотландският теоретичен физик Джеймс Клерк Максуел извежда системата от уравнения на Максуел за общо описаниеелектромагнитни полета се оказа, че константата на Кулон е пряко свързана със скоростта на светлината c. И накрая, Алберт Айнщайн показа, че c играе ролята на фундаментална световна константа в рамките на теорията на относителността. По този начин можем да проследим как най-абстрактните и универсални теории съвременна наукаразработен стъпка по стъпка, усвоявайки предварително получени резултати, започвайки с прости изводи, направени на базата на настолни физически експерименти.
http://elementy.ru/trefil/coulomb_law
http://www.fieldphysics.ru/coulombs_law/
http://www.vnz.ru/spravki/zakon-Kulona.html

Най-често задавани въпроси

Възможно ли е да се направи печат върху документ по предоставен образец? отговор Да, възможно е. Изпратете сканирано копие или снимка с добро качество на нашия имейл адрес и ние ще направим необходимия дубликат.

Какви видове плащане приемате? отговор Можете да платите за документа при получаване от куриера, след проверка на правилността на попълване и качеството на изпълнение на дипломата. Това може да стане и в офис на пощенски компании, предлагащи услуги с наложен платеж.
Всички условия за доставка и плащане на документи са описани в раздел „Плащане и доставка“. Също така сме готови да изслушаме вашите предложения относно условията за доставка и плащане на документа.

Мога ли да съм сигурен, че след като направя поръчка, няма да изчезнете с парите ми? отговор Имаме доста дългогодишен опит в областта на дипломното производство. Имаме няколко уебсайта, които се актуализират постоянно. Нашите специалисти работят в различни ъглидържави, изготвяйки над 10 документа на ден. През годините нашите документи са помогнали на много хора да разрешат проблеми с трудовата заетост или да се преместят на по-високо платена работа. Спечелили сме доверие и признание сред клиентите, така че няма абсолютно никаква причина да го правим. Освен това това е просто невъзможно да се направи физически: плащате за поръчката си в момента, в който я получите в ръцете си, няма предплащане.

Мога ли да поръчам диплома от всеки университет? отговор Като цяло, да. Ние работим в тази област от почти 12 години. През това време се формира почти пълна база данни с документи, издадени от почти всички университети в страната и извън нея. различни годинииздаване. Всичко, от което се нуждаете, е да изберете университет, специалност, документ и да попълните формата за поръчка.

Какво да направите, ако откриете печатни грешки и грешки в документ? отговор Когато получавате документ от нашата куриерска или пощенска фирма, ви препоръчваме внимателно да проверите всички подробности. При установяване на печатна грешка, грешка или неточност имате право да не вземете дипломата, но трябва да посочите откритите недостатъци лично на куриера или писмено, като изпратите писмо до имейл.
Ние ще коригираме документа възможно най-скоро и ще го изпратим отново на посочения адрес. Разбира се, доставката ще бъде платена от нашата компания.
За да избегнем подобни недоразумения, преди да попълним оригиналния формуляр, изпращаме на клиента по имейл макет на бъдещия документ за проверка и одобрение на окончателния вариант. Преди да изпратим документа по куриер или по пощата, ние също правим допълнителни снимки и видеоклипове (включително в ултравиолетова светлина), така че да имате визуално представянеза това какво ще получите накрая.

Какво трябва да направя, за да поръчам диплома от вашата компания? отговор За да поръчате документ (сертификат, диплома, академична справка и др.), трябва да попълните формата за онлайн поръчка на нашия уебсайт или да посочите имейла си, за да можем да ви изпратим формуляр за кандидатстване, който трябва да попълните и изпратите обратно към нас.
Ако не знаете какво да посочите в някое от полетата на формата за поръчка/въпросника, оставете ги празни. Затова ще уточним цялата липсваща информация по телефона.

Последни отзиви

Валентина:

Вие спасихте сина ни от уволнение! Факт е, че след като напусна колежа, синът ми се присъедини към армията. И когато се върна, той не искаше да се възстанови. Работил без диплома. Но наскоро започнаха да уволняват всички, които нямат „кора“. Ето защо решихме да се свържем с вас и не съжаляваме! Сега си работи спокойно и не се страхува от нищо! благодаря ви

Законът на Кулон количествено описва взаимодействието на заредени тела. Това е основен закон, тоест установен е чрез експеримент и не произтича от никой друг закон на природата. Той е формулиран за стационарни точкови заряди във вакуум. В действителност точкови заряди не съществуват, но за такива могат да се считат заряди, чиито размери са значително по-малки от разстоянието между тях. Силата на взаимодействие във въздуха почти не се различава от силата на взаимодействие във вакуум (тя е по-слаба с по-малко от една хилядна).

Електрически заряде физическа величина, която характеризира свойството на частиците или телата да влизат в електромагнитни силови взаимодействия.

Законът за взаимодействие на стационарни заряди е открит за първи път от френския физик К. Кулон през 1785 г. В експериментите на Кулон е измерено взаимодействието между топки, чиито размери са много по-малки от разстоянието между тях. Такива заредени тела обикновено се наричат точкови такси.

Въз основа на множество експерименти Кулон установява следния закон:

Силата на взаимодействие между два неподвижни точкови електрически заряда във вакуум е право пропорционална на произведението на техните модули и обратно пропорционална на квадрата на разстоянието между тях. Тя е насочена по правата линия, свързваща зарядите, и е сила на привличане, ако зарядите са противоположни, и сила на отблъскване, ако зарядите са еднакви.

Ако означим зарядните модули с | р 1 | и | р 2 |, тогава законът на Кулон може да се запише в следната форма:

\[ F = k \cdot \dfrac(\left|q_1 \right| \cdot \left|q_2 \right|)(r^2) \]

Коефициентът на пропорционалност k в закона на Кулон зависи от избора на система от единици.

\[ k=\frac(1)(4\pi \varepsilon _0) \]

Пълната формула на закона на Кулон:

\[ F = \dfrac(\left|q_1 \right|\left|q_2 \right|)(4 \pi \varepsilon_0 \varepsilon r^2) \]

\(F\) - Кулонова сила

\(q_1 q_2 \) - Електрически заряд на тялото

\(r\) - Разстояние между зарядите

\(\varepsilon_0 = 8,85*10^(-12)\)- Електрическа константа

\(\varepsilon \) - Диелектрична константа на средата

\(k = 9*10^9 \) - Коефициент на пропорционалност в закона на Кулон

Силите на взаимодействие се подчиняват на третия закон на Нютон: \(\vec(F)_(12)=\vec(F)_(21) \). Те са сили на отблъскване с еднакви знаци на зарядите и сили на привличане с различни знаци.

Електрическият заряд обикновено се обозначава с буквите q или Q.

Съвкупността от всички известни експериментални факти ни позволява да направим следните изводи:

Има два вида електрически заряди, условно наречени положителни и отрицателни.

Зарядите могат да се прехвърлят (например чрез директен контакт) от едно тяло на друго. За разлика от масата на тялото, електрическият заряд не е интегрална характеристика на дадено тяло. Едно и също тяло при различни условия може да има различен заряд.

Еднаквите заряди отблъскват, за разлика от зарядите привличат. Това също показва фундаментална разликаелектромагнитните сили от гравитационните. Гравитационните сили винаги са сили на привличане.

Взаимодействието на неподвижни електрически заряди се нарича електростатично или кулоново взаимодействие. Клонът на електродинамиката, който изучава взаимодействието на Кулон, се нарича електростатика.

Законът на Кулон е валиден за точково заредени тела. На практика законът на Кулон е добре изпълнен, ако размерите на заредените тела са много по-малки от разстоянието между тях.

Имайте предвид, че за да бъде изпълнен законът на Кулон, са необходими 3 условия:

Точност на таксите- т.е. разстоянието между заредените тела е много по-голямо от техните размери.
Неподвижност на таксите. В противен случай влизат в сила допълнителни ефекти: магнитното поле на движещ се заряд и съответната допълнителна сила на Лоренц, действаща върху друг движещ се заряд.
Взаимодействие на зарядите във вакуум.

В международната система SI единицата за заряд е кулон (C).

Кулонът е заряд, преминаващ през напречното сечение на проводник за 1 s при ток 1 A. Единицата SI за ток (ампер) е, заедно с единиците за дължина, време и маса, основната мерна единица.

Javascript е деактивиран във вашия браузър.
За да извършвате изчисления, трябва да активирате ActiveX контролите!

Пример 1

Задача

Заредена топка се поставя в контакт с точно същата незаредена топка. Намирайки се на разстояние \(r = 15\) cm, топките се отблъскват със сила \(F = 1\) mN. Какъв беше първоначалният заряд на заредената топка?

Решение

При контакт зарядът ще бъде разделен точно наполовина (на базата на тази сила на взаимодействие можем да определим зарядите на топките след контакт (нека не забравяме, че всички количества трябва да бъдат представени в единици SI - \(). F = 10^(-3) \) N, \( r = 0,15\) m):

\(F = \dfrac(k\cdot q^2)(r^2) , q^2 = \dfrac(F\cdot r^2)(k) \)

\(k=\dfrac(1)(4\cdot \pi \cdot \varepsilon _0) = 9\cdot 10^9 \)

\(q=\sqrt(\dfrac(f\cdot r^2)(k) ) = \sqrt(\dfrac(10^(-3)\cdot (0.15)^2 )(9\cdot 10^9) ) = 5\cdot 10^8\)

Тогава, преди контакта, зарядът на заредената топка е два пъти по-голям: \(q_1=2\cdot 5\cdot 10^(-8)=10^(-7)\)

отговор

\(q_1=10^(-7)=10\cdot 10^(-6) \) C или 10 µC.

Пример 2

Задача

Две еднакви малки топки с тегло 0,1 g всяка са окачени на непроводими нишки с дължина \(\displaystyle(\ell = 1\,(\text(m))) \)до една точка. След като на топките бяха дадени еднакви заряди \(\displaystyle(q)\), те се разделиха на разстояние \(\displaystyle(r=9\,(\text(cm))) \). Диелектрична константа на въздуха \(\displaystyle(\varepsilon=1)\). Определете зарядите на топките.

данни

\(\displaystyle(m=0.1\,(\text(g))=10^(-4)\,(\text(kg))) \)

\(\displaystyle(\ell=1\,(\text(m))) \)

\(\displaystyle(r=9\,(\text(cm))=9\cdot 10^(-2)\,(\text(m))) \)

\(\displaystyle(\varepsilon = 1)\)

\(\displaystyle(q) - ? \)

Решение

Тъй като топките са идентични, едни и същи сили действат върху всяка топка: силата на гравитацията \(\displaystyle(m \vec g) \), силата на опън в нишката \(\displaystyle(\vec T) \) и силата на кулоновото взаимодействие (отблъскване) \( \displaystyle(\vec F)\). Фигурата показва силите, действащи върху една от топките. Тъй като топката е в равновесие, сумата от всички сили, действащи върху нея, е 0. В допълнение, сумата от проекциите на силите върху \(\displaystyle(OX)\) и \(\displaystyle(OY)\) оси е 0:

\(\begin(equation) ((\mbox(към ос )) (OX) : \atop ( \mbox( към ос )) (OY) : )\quad \left\(\begin(array)(ll) F-T \sin(\alpha) & =0 \\ T\cos(\alpha)-mg & =0 \end(array)\right.\quad(\text(or))\quad \left\(\begin(array )(ll) T\sin(\alpha) & =F \\ T\cos(\alpha) & = mg \end(масив)\right \end(equation) \)

Нека решим тези уравнения заедно. Разделяйки първия член на равенството по член на втория, получаваме:

\(\begin(equation) (\mbox(tg)\,)= (F\over mg)\,. \end(equation) \)

Тъй като ъгълът \(\displaystyle(\alpha)\) е малък, тогава

\(\begin(equation) (\mbox(tg)\,)\approx\sin(\alpha)=(r\over 2\ell)\,. \end(equation) \)

Тогава изразът ще приеме формата:

\(\begin(equation) (r\over 2\ell)=(F\over mg)\,. \end(equation) \)

Силата \(\displaystyle(F) \) според закона на Кулон е равна на: \(\displaystyle(F=k(q^2\over\varepsilon r^2)) \). Нека заместим стойността \(\displaystyle(F) \) в израз (52):

\(\begin(equation) (r\over 2\ell)=(kq^2\over\varepsilon r^2 mg)\, \end(equation) \)

откъдето го изразяваме общ изгледнеобходима такса:

\(\begin(equation) q=r\sqrt(r\varepsilon mg\над 2k\ell)\,. \end(equation) \)

След заместване на числови стойности ще имаме:

\(\begin(equation) q= 9\cdot 10^(-2)\sqrt(9\cdot 10^(-2)\cdot 1 \cdot 10^(-4)\cdot 9.8\над 2\ cdot 9 \cdot 10^9\cdot 1)\, ((\text(Cl)))=6,36\cdot 10^(-9)\, ((\text(Cl)))\end(equation ) \)

Препоръчва се сами да проверите размерите за формулата за изчисление.

Отговор: \(\displaystyle(q=6.36\cdot 10^(-9)\,(\text(Kl))\,.) \)

отговор

\(\displaystyle(q=6.36\cdot 10^(-9)\,(\text(Kl))\,.) \)

Пример 3

Задача

Колко работа трябва да се извърши, за да се прехвърли точков заряд \(\displaystyle(q=6\,(\text(nC))) \) от безкрайност до точка, разположена на разстояние \(\displaystyle(\ell = 10\ ,(\ text(cm))) \) от повърхността на метална топка, чийто потенциал е \(\displaystyle(\varphi_(\text(w))=200\,(\text(V))) \), и радиуса \(\displaystyle (R = 2\,(\text(cm)))\)? Топката е във въздуха (преброяване \(\displaystyle(\varepsilon=1) \)).

данни

\(\displaystyle(q=6\,(\text(nKl))=6\cdot 10^(-9)\,(\text(Kl))) \)\(\displaystyle(\ell=10\, (\text(cm))) \)\(\displaystyle(\varphi_(\text(w))=200\,(\text(H))) \)\(\displaystyle(R=2\,(\ текст(cm))) \) \(\displaystyle(\varepsilon = 1) \) \(\displaystyle(A) \) - ?

Решение

Работата, която трябва да се извърши, за да се прехвърли заряд от точка с потенциал \(\displaystyle(\varphi_1)\) към точка с потенциал \(\displaystyle(\varphi_2)\), е равна на промяната в потенциалната енергия на точков заряд, взет с обратен знак:

\(\begin(equation) A=-\Delta W_n\,. \end(equation) \)

Известно е, че \(\displaystyle(A=-q(\varphi_2-\varphi_1) ) \) или

\(\begin(equation) A=q(\varphi_1-\varphi_2) \,. \end(equation) \)

Тъй като точковият заряд първоначално е в безкрайност, потенциалът в тази точка на полето е 0: \(\displaystyle(\varphi_1=0)\) .

Нека дефинираме потенциала в крайната точка, тоест \(\displaystyle(\varphi_2)\) .

Нека \(\displaystyle(Q_(\text(w))) \) е зарядът на топката. Според условията на проблема потенциалът на топката е известен (\(\displaystyle(\varphi_(\text(w))=200\,(\text(V)))\)), тогава:

\(\begin(equation) \varphi_(\text(w))=(Q_(\text(w))\over 4\pi\varepsilon_o\varepsilon R)\, \end(equation) \)

\(\begin(equation) (\text(from))\quad Q_(\text(w))=\varphi_(\text(w))\cdot 4\pi\varepsilon_o\varepsilon R\,.\end( уравнение)\)

Стойността на потенциала на полето в крайната точка, като се вземат предвид:

\(\begin(equation) \varphi_2=(Q_(\text(w))\over 4\pi\varepsilon_o\varepsilon(R+\ell) )= (\varphi_(\text(w))R\over (R+ \ell) )\, \край (уравнение) \)

Нека заместим стойностите \(\displaystyle(\varphi_1) \) и \(\displaystyle(\varphi_2) \) в израза, след което получаваме необходимата работа:

\(\begin(equation) A=-q(\varphi_(\text(w))R\over (R+\ell) )\,. \end(equation) \)

В резултат на изчисленията получаваме: \(\displaystyle(A=-2\cdot 10^(-7)\,(\text(J))) \) .

Тогава модулът на силата на взаимодействие между съседни заряди е равен на:

\(F = \dfrac(k\cdot q^2)(l^(2)_(1)) =\Делта l\cdot k_(pr) \)

Освен това, удължението на кордата е равно на: \(\Делта l = l\).

Откъде идва размерът на таксата:

\(q=\sqrt(\frac(4\cdot l^3\cdot k_(pr))(k) ) \)

отговор

\(q=2\cdot l\cdot \sqrt(\frac(l\cdot k_(pr))(k) ) \)

В електростатиката един от основните е законът на Кулон. Използва се във физиката за определяне на силата на взаимодействие между два неподвижни точкови заряда или разстоянието между тях. Това е основен закон на природата, който не зависи от никакви други закони. Тогава формата на реалното тяло не влияе на величината на силите. В тази статия ще обясним с прости думи закона на Кулон и неговото приложение на практика.

История на откритието

Ш.О. Кулон през 1785 г. е първият, който експериментално доказва описаните от закона взаимодействия. В експериментите си той използва специални торсионни везни. Въпреки това през 1773 г. Кавендиш доказва, използвайки примера на сферичен кондензатор, че няма електрическо поле. Това показва, че електростатичните сили варират в зависимост от разстоянието между телата. По-точно - квадратът на разстоянието. Тогава изследването му не е публикувано. Исторически това откритие е кръстено на Кулон, а количеството, в което се измерва зарядът, има подобно име.

Формулиране

Дефиницията на закона на Кулон гласи: Във вакуумF взаимодействието на две заредени тела е право пропорционално на произведението на техните модули и обратно пропорционално на квадрата на разстоянието между тях.

Звучи кратко, но може да не е ясно за всеки. С прости думи: Колкото повече заряд имат телата и колкото по-близо са едно до друго, толкова по-голяма е силата.

И обратно: Ако увеличите разстоянието между зарядите, силата ще стане по-малка.

Формулата за правилото на Кулон изглежда така:

Означение на буквите: q - стойност на заряда, r - разстояние между тях, k - коефициент, зависи от избраната система от единици.

Стойността на заряда q може да бъде условно положителна или условно отрицателна. Това разделение е много произволно. Когато телата влязат в контакт, това може да се предава от едно на друго. От това следва, че едно и също тяло може да има заряд с различна големина и знак. Точковият заряд е заряд или тяло, чиито размери са много по-малки от разстоянието на възможно взаимодействие.

Струва си да се има предвид, че средата, в която се намират зарядите, влияе върху F взаимодействието. Тъй като е почти равен във въздуха и вакуума, откритието на Кулон е приложимо само за тези среди, това е едно от условията за използването на този тип формула. Както вече споменахме, в системата SI единицата за измерване на заряда е Кулон, съкратено Cl. Той характеризира количеството електроенергия за единица време. Извлича се от базовите единици SI.

1 C = 1 A*1 s

Заслужава да се отбележи, че измерението от 1 C е излишно. Поради факта, че носителите се отблъскват, е трудно да се задържат в малко тяло, въпреки че самият ток от 1А е малък, ако тече в проводник. Например, в една и съща лампа с нажежаема жичка от 100 W протича ток от 0,5 A, а в електрически нагревател тече повече от 10 A. Такава сила (1 C) е приблизително равна на 1 тон маса, действаща върху тяло от страна на земното кълбо.

Може би сте забелязали, че формулата е почти същата като при гравитационното взаимодействие, само ако в Нютонова механикапоявяват се маси, след това в електростатиката - заряди.

Формула на Кулон за диелектрична среда

Коефициентът, като се вземат предвид стойностите на системата SI, се определя в N 2 * m 2 / Cl 2. То е равно на:

В много учебници този коефициент може да се намери под формата на дроб:

Тук E 0 = 8,85*10-12 C2/N*m2 е електрическата константа. За диелектрик се добавя Е - диелектричната константа на средата, тогава законът на Кулон може да се използва за изчисляване на силите на взаимодействие на зарядите за вакуум и среда.

Като се вземе предвид влиянието на диелектрика, той има формата:

От това виждаме, че въвеждането на диелектрик между телата намалява силата F.

Как се насочват силите?

Зарядите взаимодействат помежду си в зависимост от полярността си – еднотипните се отблъскват, а противоположните (противоположните) се привличат.

Между другото, това е основната разлика от подобен закон на гравитационното взаимодействие, където телата винаги се привличат. Силите са насочени по линията, начертана между тях, наречена радиус вектор. Във физиката се означава като r 12 и като радиус вектор от първия към втория заряд и обратно. Силите са насочени от центъра на заряда към противоположния заряд по тази линия, ако зарядите са противоположни и в обратна страна, ако са с едно и също име (две положителни или две отрицателни). Във векторна форма:

Силата, приложена към първия заряд от втория, се обозначава като F 12. Тогава във векторна форма законът на Кулон изглежда така:

За да се определи силата, приложена към втория заряд, се използват обозначенията F 21 и R 21.

Ако тялото има сложна формаи е достатъчно голям, че на дадено разстояние не може да се счита за точков заряд, тогава се разделя на малки секции и всяка секция се счита за точков заряд. След геометрично добавяне на всички получени вектори се получава резултантната сила. Атомите и молекулите взаимодействат помежду си по един и същи закон.

Приложение в практиката

Работата на Кулон е много важна в електростатиката, тя се използва в редица изобретения и устройства. Ярък пример е гръмоотвод. С негова помощ те защитават сгради и електрически инсталации от гръмотевични бури, като по този начин предотвратяват пожар и повреда на оборудването. Когато вали дъжд с гръмотевична буря, на земята се появява индуциран заряд с голяма величина, те се привличат към облака. Оказва се, че на повърхността на земята се появява голямо електрическо поле. В близост до върха на гръмоотвода той е по-голям, в резултат на което се запалва коронен разряд от върха (от земята, през гръмоотвода към облака). Зарядът от земята се привлича от противоположния заряд на облака, съгласно закона на Кулон. Въздухът се йонизира и силата на електрическото поле намалява близо до края на гръмоотвода. По този начин зарядите не се натрупват върху сградата, в който случай вероятността от удар от мълния е ниска. Ако се случи удар върху сградата, тогава цялата енергия ще отиде в земята през гръмоотвода.

В сериозни научни изследванияТе използват най-великата конструкция на 21 век - ускорител на частици. При него електрическото поле извършва работа за увеличаване на енергията на частицата. Разглеждайки тези процеси от гледна точка на влиянието на група заряди върху точков заряд, тогава всички отношения на закона се оказват валидни.

полезно

Публикации по материали на Д. Джанколи. "Физика в два тома" 1984 г. Том 2.

Между електрическите заряди има сила. Как зависи от големината на таксите и други фактори?
Този въпрос е изследван през 1780-те години от френския физик Шарл Кулон (1736-1806). Той използва торсионни везни, много подобни на тези, използвани от Кавендиш, за да определи гравитационната константа.
Ако се приложи заряд към топка в края на прът, окачен на нишка, прътът се отклонява леко, нишката се усуква и ъгълът на въртене на нишката ще бъде пропорционален на силата, действаща между зарядите (торсионен баланс ). С помощта на това устройство Кулон определи зависимостта на силата от размера на зарядите и разстоянието между тях.

В онези дни не е имало устройства за точно определениевеличината на заряда, но Кулон успя да подготви малки топки с известно съотношение на заряда. Ако заредена проводяща топка, разсъждава той, бъде приведена в контакт с точно същата незаредена топка, тогава зарядът, присъстващ на първата топка, поради симетрия, ще бъде разпределен по равно между двете топки.
Това му даде възможност да получава такси от 1/2, 1/4 и т.н. от оригиналния.
Въпреки някои трудности, свързани с индукцията на заряди, Кулон успя да докаже, че силата, с която едно заредено тяло действа върху друго малко заредено тяло, е право пропорционална на електрическия заряд на всяко от тях.
С други думи, ако зарядът на някое от тези тела се удвои, силата също ще се удвои; ако зарядите на двете тела се удвоят едновременно, силата ще стане четири пъти по-голяма. Това е вярно при условие, че разстоянието между телата остава постоянно.
Променяйки разстоянието между телата, Кулон открива, че силата, действаща между тях, е обратно пропорционална на квадрата на разстоянието: ако разстоянието, да речем, се удвои, силата става четири пъти по-малка.

И така, заключава Кулон, силата, с която едно малко заредено тяло (в идеалния случай точков заряд, т.е. тяло като материална точка, която няма пространствени измерения) действа върху друго заредено тяло, е пропорционална на произведението на техните заряди Q 1 и Q 2 и е обратно пропорционална на квадрата на разстоянието между тях:

тук к- коефициент на пропорционалност.
Тази връзка е известна като закон на Кулон; неговата валидност се потвърждава от внимателни експерименти, много по-точни от оригиналните, трудни за възпроизвеждане експерименти на Кулон. Показателят 2 в момента е установен с точност 10 -16, т.е. то е равно на 2 ± 2×10 -16.

Тъй като сега имаме работа с нова величина - електрически заряд, можем да изберем мерна единица, така че константата k във формулата да е равна на единица. Всъщност такава система от единици беше широко използвана във физиката доскоро.

Говорим за системата CGS (сантиметър-грам-секунда), която използва единицата за електростатичен заряд SGSE. По дефиниция две малки тела, всяко със заряд 1 SGSE, разположени на разстояние 1 cm едно от друго, взаимодействат със сила 1 дин.

Сега обаче зарядът най-често се изразява в системата SI, където неговата единица е кулон (C).
Точно определяне на висулката чрез електрически токи магнитното поле ще дадем по-късно.
В системата SI константата кима величината к= 8,988×10 9 Nm 2 / Cl 2.

Зарядите, възникващи по време на наелектризиране чрез триене на обикновени предмети (гребени, пластмасови линийки и др.), са от порядъка на микрокулон или по-малко (1 µC = 10 -6 C).
Електронният заряд (отрицателен) е приблизително 1,602×10 -19 C. Това е най-малкият известен заряд; то има основно значение и е представено от символа д, често се нарича елементарен заряд.
д= (1,6021892 ± 0,0000046)×10 -19 C, или д≈ 1,602×10 -19 Cl.

Тъй като едно тяло не може да спечели или загуби част от електрона, общият заряд на тялото трябва да бъде цяло число, кратно на елементарния заряд. Казват, че зарядът е квантован (т.е. може да приема само дискретни стойности). Въпреки това, тъй като зарядът на електрона де много малък, обикновено не забелязваме дискретността на макроскопичните заряди (заряд от 1 μC съответства на приблизително 10 13 електрона) и считаме заряда за непрекъснат.

Формулата на Кулон характеризира силата, с която един заряд действа върху друг. Тази сила е насочена по линията, свързваща зарядите. Ако знаците на зарядите са еднакви, тогава силите, действащи върху зарядите, са насочени в противоположни посоки. Ако знаците на зарядите са различни, тогава силите, действащи върху зарядите, са насочени една към друга.
Обърнете внимание, че в съответствие с третия закон на Нютон силата, с която един заряд действа върху друг, е равна по големина и противоположна по посока на силата, с която вторият заряд действа върху първия.
Законът на Кулон може да бъде написан във векторна форма, подобно на закона на Нютон за всеобщото привличане:

Къде Е 12 - вектор на силата, действаща върху заряда Q 1 зареждаща страна Q 2,
- разстояние между зарядите,
- единичен вектор, насочен от Q 2 к Q 1.
Трябва да се има предвид, че формулата е приложима само за тела, разстоянието между които е значително по-голямо от собствените им размери. В идеалния случай това са точкови такси. За тела с краен размер не винаги е ясно как да се изчисли разстоянието rмежду тях, особено след като разпределението на заряда може да е неравномерно. Ако и двете тела са сфери с равномерно разпределение на заряда, тогава rозначава разстоянието между центровете на сферите. ε 0 Също така е важно да се разбере, че формулата определя силата, действаща върху даден заряд от един заряд. кАко системата включва няколко (или много) заредени тела, тогава резултантната сила, действаща върху даден заряд, ще бъде резултатната (векторна сума) на силите, действащи от страна на останалите заряди. Константата k във формулата на закона на Кулон обикновено се изразява чрез друга константа, , така наречената електрическа константа, която е свързана с 1съотношение k =

/(4πε 0)

. Като се има предвид това, законът на Кулон може да бъде пренаписан, както следва:

където с най-висока точност днес ε 0 или заоблени Писането на повечето други уравнения на електромагнитната теория е опростено чрез използване, защото

Законът на Кулон описва силата, действаща между два заряда в покой. Когато зарядите се движат, между тях се създават допълнителни сили, които ще разгледаме в следващите глави. Тук се разглеждат само зарядите в покой; Този раздел от изследването на електричеството се нарича електростатика.

Следва продължение. Накратко за следната публикация:

Електрическото поле е един от двата компонента на електромагнитното поле, което е векторно поле, което съществува около тела или частици с електрически заряд или което възниква, когато магнитното поле се промени.

Коментари и предложения се приемат и са добре дошли!