Vad är Coulombs lag?
Coulombs lag används inom området fysik till beräkna den elektriska kraften som verkar mellan två laddningar i vila.
Från denna lag är det möjligt att förutsäga vad som kommer att vara den elektrostatiska attraktionskraften eller avstötningen som existerar mellan två partiklar beroende på deras elektriska laddning och avståndet mellan dem.
Coulombs lag är skyldig den franska fysikern Charles-Augustin de Coulomb, som 1875 förkunnade denna lag och som utgör grunden för elektrostatik:
"Storleken på var och en av de elektriska krafter som tvåpunktsladdningar samverkar i vila är direkt proportionell mot produkten av storleken på båda laddningarna och omvänt proportionell mot kvadratet på avståndet som skiljer dem och har riktningen för linjen som sammanfogar dem. Kraften är avstötande om laddningarna är av samma tecken och av attraktion om de är av motsatt tecken ”.
Denna lag representeras enligt följande:
- F = elektrisk attraktionskraft eller avstötning i Newton (N). Liksom avgif.webpter avvisar och motsatta avgif.webpter lockar.
- k = är Coulomb-konstant eller elektrisk proportionalitetskonstant. Kraften varierar beroende på mediets elektriska permittivitet (ε), vare sig det är vatten, luft, olja, vakuum, bland andra.
- Vad = värde för elektriska laddningar mätt i Coulomb (C).
- r = avstånd som skiljer laddningarna och som mäts i meter (m).
Det bör noteras att den elektriska permittiviteten för vakuum är konstant och en av de mest använda. Den beräknas enligt följande: ε 0 = 8,8541878176x10-12 C2 / (Nm2). Det är oerhört viktigt att ta hänsyn till materialets permittivitet.
Värdet av Coulomb-konstanten i det internationella mätsystemet är:
Denna lag tar endast hänsyn till interaktionen mellan två punktladdningar samtidigt och bestämmer bara den kraft som finns mellan q1 och vad2 utan att ta hänsyn till lasterna runt.
Coulomb kunde bestämma egenskaperna hos den elektrostatiska kraften genom att utveckla en torsionsbalans som ett studieinstrument, som bestod av en stång som hängde på en fiber med förmågan att vrida sig och återgå till sin ursprungliga position.
På detta sätt kunde Coulomb mäta kraften som utövas på en punkt på stången genom att placera flera laddade sfärer på olika avstånd för att mäta den attraktiva eller avvisande kraften när stången roterade.
Elektrostatisk kraft
Elektrisk laddning är en materiaegenskap och är orsaken till de fenomen som är förknippade med el.
Elektrostatik är den gren av fysiken som studerar effekterna som genereras i kroppar enligt deras elektriska laddningar i jämvikt.
Den elektriska kraften (F) är proportionell mot laddningarna som sammanfaller och är omvänt proportionell mot avståndet mellan dem. Denna kraft verkar mellan laddningarna radiellt, det vill säga en linje mellan laddningarna, därför är den en radiell vektor mellan de två laddningarna.
Därför genererar två laddningar av samma tecken en positiv kraft, till exempel: - ∙ - = + eller + ∙ + = +. Å andra sidan genererar två laddningar med motsatta tecken en negativ kraft, till exempel: - ∙ + = - eller + ∙ - = -.
Två laddningar med samma tecken avvisar dock (+ + / - -), men två laddningar med olika tecken lockar (+ - / - +).
Exempel: om du gnuggar ett teflontape med en handske är handsken positivt laddad och tejpen negativt laddad, så när de kommer närmare lockar de varandra. Om vi nu gnuggar en uppblåst ballong med håret kommer ballongen att laddas med negativ energi och när den kommer närmare Teflon-tejpen, stöter båda från varandra eftersom de har samma typ av laddning.
På samma sätt beror denna kraft på den elektriska laddningen och avståndet mellan dem, det är en grundläggande princip för elektrostatik, liksom en lag som är tillämplig på laddningar i vila i en referensram.
Det är värt att nämna att för små avstånd ökar krafterna för elektriska laddningar, och för stora avstånd minskar krafterna för elektriska laddningar, det vill säga de minskar när laddningarna rör sig från varandra.
Kraftens storlek
Den elektromagnetiska kraftens storlek är en som påverkar kroppar som innehåller en elektrisk laddning, och som kan leda till en fysisk eller kemisk transformation eftersom kroppar kan locka eller stöta varandra.
Därför är storleken som utövas på två elektriska laddningar lika med konstanten för mediet i vilket de elektriska laddningarna är belägna av kvoten mellan produkten av var och en av dem och avståndet som skiljer dem i kvadrat.
Storleken på den elektrostatiska kraften är proportionell mot produkten av laddningens storlek q1 därför att2. Den elektrostatiska kraften på nära håll är mycket kraftfull.
Exempel på Coulombs lag
Nedan följer olika exempel på övningar där Coulombs lag ska tillämpas.
Exempel 1
Vi har två elektriska laddningar, en på + 3c och en på -2c, åtskilda av ett avstånd på 3 m. För att beräkna kraften som finns mellan båda laddningarna är det nödvändigt att multiplicera konstanten K med produkten av båda laddningarna. Som framgår av bilden har en negativ kraft erhållits.
Illustrerat exempel på hur Coulombs lag tillämpas:
Exempel 2
Vi har en 6 x 10 last-6C (q1) som är 2 m från en -4 x 10 belastning-6C (q2). Så vad är kraftens storlek mellan dessa två laddningar?
till. Koefficienterna multipliceras: 9 x 6 x 4 = 216.
b. Exponenterna läggs till algebraiskt: -6 och -6 = -12. Nu -12 + 9 = -3.
Svar: F = 54 x 10-3 N.
Exempel på övningar
1. Vi har en belastning på 3 x 10-6C (q1) och en annan belastning på -8 x 10-6C (q2) på ett avstånd av 2 m. Hur stor är den attraktiva kraft som finns mellan de två?
Svar: F = 54 X 10-3 N.
2. Bestäm kraften som verkar mellan två elektriska laddningar 1 x 10-6C (q1) och ytterligare 2,5 x 10 last-6C (q2), som är i vila och i vakuum på ett avstånd av 5 cm (kom ihåg att föra cm till m enligt det internationella mätsystemet).
Svar: F = 9 N.
