legea lui Coulomb
Echipamente electrice: Bazele
legea lui Coulomb
În 1785, fizicianul francez Charles-Auguste Pandantiv a stabilit experimental legea fundamentală a electrostatics - legea interacțiunii dintre două corpuri sau particule încărcate punct fix.
Legea interacțiunii sarcinilor electrice fixe - legea lui Coulomb - legea fizică de bază (fundamentală). Și nici de orice alte legi ale naturii, el nu urmează.
Dacă notăm modulele de încărcare de la | q1 | și | q2 |, legea lui Coulomb poate fi scrisă sub următoarea formă:
unde k - factorul de proporționalitate, a cărui valoare depinde de alegerea unităților de sarcină electrică. Sistemul SI Nm 2 / C 2 unde ε0 - electric constant egal cu 8,85 x 10 -12 CI2 / Nm 2
Formularea legii:
Rezistența interacțiunii corpurilor încărcate fixe două puncte într-un vid este direct proporțională cu produsul dintre modulele de încărcare și invers proporțională cu pătratul distanța între acestea.
legea lui Coulomb în această formulare este valabilă numai pentru corpurile punct de încărcat, deoarece este numai pentru ei conceptul de distanța dintre tarifele are un sens bine definit. Punctul organismelor din natură. Dar, dacă distanța dintre corpurile de multe ori mai mare decât dimensiunea lor, orice forma, orice dimensiune a corpurilor încărcate este esențială, așa cum arată experiența, nu afectează interacțiunea dintre ele. În acest caz, organismul poate fi privit ca un punct.
Este ușor de a găsi că două mingi încărcate suspendate pe siruri de caractere, sau atrași unul de celălalt sau se resping reciproc. Rezultă că forța de interacțiune a două corpuri de punct fix încărcat sunt îndreptate de-a lungul liniei drepte care leagă aceste organisme.
Aceste forțe sunt numite centrale. Notând forța care acționează asupra primei umpleri de-al doilea, și - (. Figura 1) forța care acționează asupra a doua taxa de prima, în conformitate cu legea a treia a lui Newton. Notăm vectorul razei extrase din a doua taxa la prima (Fig. 2), atunci
Dacă semnele și taxele q2 sunt q1 aceleași, direcția forței coincide cu direcția vectorului; altfel vectori și orientate în direcții opuse.
Cunoscând legea interacțiunii organismelor punctului de încărcat, este posibil să se calculeze puterea interacțiunii percepute orice organisme. trebuie să fie împărțită mental în astfel de elemente mici ale corpului, astfel încât fiecare dintre ele poate fi privit ca un punct. Adăugarea unei forțe de interacțiune dintre geometric toate aceste elemente, putem calcula puterea rezultată a interacțiunii.
Descoperirea legii lui Coulomb - primul pas concret în studiul proprietăților sarcinii electrice. Prezența sarcinii electrice în corpurile sau particulele elementare este că acestea interacționează între ele prin legea lui Coulomb. Nici o abatere de strictă conformitate cu legea lui Coulomb nu a găsit în prezent.
Experiența lui Coulomb
Necesitatea de a efectua experimente Coulomb a fost cauzată de faptul că, în mijlocul secolului al XVIII-lea. Acesta a acumulat o mulțime de date calitative privind fenomenele electrice. Nu a fost necesar pentru a le da o interpretare cantitativă. Deoarece puterea interacțiunii electrice au fost relativ mici, există o problemă serioasă în crearea unei metode care să permită efectuarea de măsurători și se obține materialul cantitativ necesar.
inginer și om de știință franceză Sharl Kulon a propus o metodă de măsurare a forțelor mici, care se bazează pe următoarele fapte experimentale descoperite de oamenii de știință: forța generată de deformarea elastică a firului metalic este direct proporțională cu unghiul de răsucire, a patra putere a diametrului firului și invers proporțională cu lungimea sa:
unde d - diametrul, l - lungimea firului, φ - unghiul de răsucire. În expresia matematică k factorul de proporționalitate a fost empiric și depind de natura materialului din care a fost făcută de sârmă.
Acest model a fost utilizat în așa-numitul echilibru torsiune. Prin scară posibilă măsurarea forței minusculă de aproximativ 5 x 10 -8 N.
scale torsionale (Fig. 3a) constau dintr-un pahar ușor rocker 9 10,83 cm lungime și suspendat de un fir de argint 5 aproximativ 75 cm lungime, de 0,22 cm în diametru. La un capăt al brațului basculant amplasat Buzinova placată șirag 8, în timp ce la celălalt - spre deosebire de 6 - cerc de hârtie, înmuiate în terebentină. Capătul superior al firului atașat la unitatea de cap 1. Aici a avut indicatorul 2, prin care unghiul de răsucire este măsurată pe cadran 3. Fire are o scară gradată. Întregul sistem a fost introdus în cilindri de sticlă 4 și capacul superior 11. în cilindrul inferior a avut o deschidere, în care o baghetă de sticlă, cu o minge de pe capătul 7. Experimentele au fost aplicate perle cu diametre cuprinse în intervalul 0,45 - 0,68 cm.
Înainte de a începe experimentul, indicatorul cap este setat la zero. Apoi, mingea 7 este încărcat de mingii de pre-electrificate 12. Atunci când mingea 7 în contact cu mingea mobilă 8, redistribuirea taxa. Cu toate acestea, datorită faptului că diametrele perlele erau identice și erau taxe identice pe bile 7 și 8.
Datorită perlele de repulsie electrostatice (Fig. 3b) a brațului basculant 9 rotit cu un unghi γ (pe o scară de 10). Cu capul 1 este readus în poziția fasciculului de pornire. Pe o scală de 3 pointer 2 permite determinarea unghiului α fire de torsiune. Unghiul total de fire de torsiune φ = γ + α. Rezistența interacțiunii dintre bile este proporțională cu φ. adică unghiul de răsucire este posibil de a judeca amploarea forței.
La o distanță constantă între bile (este înregistrat pe o scară de la 10 în grade) a investigat dependența de intensitate a interacțiunii dintre corp electric punct al taxei pe ele.
Pentru a determina dependența forței de taxa de margele pandantiv găsit o modalitate simplă și ingenioasă de a schimba taxa de bile. În acest scop se conecteaza mingii încărcat (sau bile de 7, 8), cu aceeași dimensiune neîncărcat (bec 12 pe mânerul de izolare). Taxa în acest caz, este distribuit în mod egal între bilele ca taxa redusa analizate la 2, 4, și așa mai departe. G. Timpul. Noua valoare a forței în noua valoare a taxei din nou a fost determinata experimental. Sa dovedit că forța este direct proporțională cu produsul de becuri taxe:
Dependența forței de interacțiune electrică a distanței a fost detectată după cum urmează. După anunțarea becurilor de încărcare (a fost au același) fasciculul este deviat de un unghi γ. Apoi, rotirea capului 1 pentru a reduce acest unghi γ1. Unghiul răsucire totala φ1 = α1 + (γ - γ1) (α1 - unghiul de rotație a capului). Odată cu scăderea bile la distanță unghiulară în fața γ2 totală unghi torsiune φ2 = α2 + (γ - γ2). S-a observat că, dacă γ1 = 2γ2. LA φ2 = 4φ1. t. e. atunci când distanța este de 2 ori forța de interacțiune este crescut de 4 ori. Același factor de cuplu a crescut, deoarece cuplul de torsiune este direct proporțional cu unghiul de răsucire și deci forța (brațul momentului a rămas neschimbat). De aici concluzia că forța de interacțiune dintre două bile încărcate este invers proporțională cu pătratul distanței dintre ele:
literatură
2. Volshteyn S. L. et al Methods în Physical știință School :. Manual pentru profesori / SL Wohlstein, SV Pozoysky, VV Usanov; Ed. SL Wohlstein. - Mn. Nar. asveta, 1988. - 144 p.