Ce este Legea lui Coulomb?
Legea lui Coulomb este folosită în domeniul fizicii calculați forța electrică care acționează între două sarcini în repaus.
Din această lege, este posibil să se prezică care va fi forța electrostatică de atracție sau respingere existentă între două particule în funcție de sarcina lor electrică și distanța dintre ele.
Legea lui Coulomb își datorează numele fizicianului francez Charles-Augustin de Coulomb, care în 1875 a enunțat această lege și care constituie baza electrostaticii:
„Magnitudinea fiecărei forțe electrice cu care două puncte de sarcină interacționează în repaus este direct proporțională cu produsul mărimii ambelor sarcini și invers proporțională cu pătratul distanței care le separă și are direcția liniei care se unește ei. Forța este de respingere dacă acuzațiile sunt de același semn și de atracție dacă sunt de semn opus ”.
Această lege este reprezentată după cum urmează:
- F = forța electrică de atracție sau respingere în Newton (N). La fel ca acuzațiile respinge și acuzațiile opuse atrag.
- k = este Constanta de Coulomb sau constanta de proportionalitate electrica. Forța variază în funcție de permitivitatea electrică (ε) a mediului, fie el apă, aer, ulei, vid, printre altele.
- ce = valoarea sarcinilor electrice măsurate în Coulomb (C).
- r = distanța care separă încărcăturile și care este măsurată în metri (m).
Trebuie remarcat faptul că permitivitatea electrică a vidului este constantă și una dintre cele mai utilizate. Se calculează după cum urmează: ε 0 = 8.8541878176x10-12 C2 / (Nm2). Este extrem de important să se țină seama de permitivitatea materialului.
Valoarea constantei Coulomb în sistemul internațional de măsurători este:
Această lege ține cont doar de interacțiunea dintre două sarcini punctuale în același timp și determină doar forța care există între q1 si ce2 fără a lua în considerare încărcăturile din jur.
Coulomb a fost capabil să determine proprietățile forței electrostatice prin dezvoltarea unui echilibru de torsiune ca instrument de studiu, care consta dintr-o bară atârnată pe o fibră cu capacitatea de a se răsuci și a reveni la poziția sa inițială.
În acest fel, Coulomb ar putea măsura forța exercitată asupra unui punct de pe bară prin plasarea mai multor sfere încărcate la distanțe diferite pentru a măsura forța atractivă sau de respingere pe măsură ce bara se rotea.
Forța electrostatică
Încărcarea electrică este o proprietate a materiei și este cauza fenomenelor asociate cu electricitatea.
Electrostatica este ramura fizicii care studiază efectele generate în corpuri în funcție de sarcinile lor electrice în echilibru.
Forța electrică (F) este proporțională cu sarcinile care se reunesc și este invers proporțională cu distanța dintre ele. Această forță acționează radial între sarcini, adică o linie între sarcini, deci este un vector radial între cele două sarcini.
Prin urmare, două încărcări cu același semn generează o forță pozitivă, de exemplu: - ∙ - = + sau + ∙ + = +. Pe de altă parte, două sarcini cu semne opuse generează o forță negativă, de exemplu: - ∙ + = - sau + ∙ - = -.
Cu toate acestea, două încărcături cu același semn se resping (+ + / - -), dar două încărcături cu semne diferite atrag (+ - / - +).
Exemplu: dacă freci o bandă de teflon cu o mănușă, mănușa este încărcată pozitiv și banda este încărcată negativ, așa că atunci când se apropie se atrag reciproc. Acum, dacă frecăm un balon umflat cu părul nostru, balonul va fi încărcat cu energie negativă și atunci când este adus mai aproape de banda de teflon, ambii se resping reciproc, deoarece au același tip de încărcare.
La fel, această forță depinde de sarcina electrică și de distanța dintre ele, este un principiu fundamental al electrostaticii, precum și o lege aplicabilă sarcinilor în repaus într-un cadru de referință.
Merită menționat faptul că pentru distanțele mici forțele sarcinilor electrice cresc, iar pentru distanțele mari forțele sarcinilor electrice scad, adică scad pe măsură ce sarcinile se îndepărtează una de alta.
Mărimea forței
Magnitudinea forței electromagnetice este una care afectează corpurile care conțin o sarcină electrică și care poate duce la o transformare fizică sau chimică, deoarece corpurile se pot atrage sau respinge reciproc.
Prin urmare, magnitudinea exercitată asupra a două sarcini electrice este egală cu constanta mediului în care sunt situate sarcinile electrice prin coeficientul dintre produsul fiecăreia dintre ele și distanța care le separă la pătrat.
Mărimea forței electrostatice este proporțională cu produsul mărimii sarcinilor q1 deoarece2. Forța electrostatică la distanță mică este foarte puternică.
Exemple de lege a lui Coulomb
Mai jos sunt diferite exemple de exerciții în care ar trebui aplicată Legea lui Coulomb.
Exemplul 1
Avem două încărcături electrice, una de + 3c și una de -2c, separate de o distanță de 3m. Pentru a calcula forța care există între ambele sarcini, este necesar să se înmulțească constanta K cu produsul ambelor sarcini. După cum se poate vedea în imagine, s-a obținut o forță negativă.
Exemplu ilustrat al modului de aplicare a legii lui Coulomb:
Exemplul 2
Avem o încărcare de 6 x 10-6C (q1) care este la 2m distanță de o încărcare de -4 x 10-6C (q2). Deci, care este magnitudinea forței dintre aceste două sarcini?
la. Coeficienții se înmulțesc: 9 x 6 x 4 = 216.
b. Exponenții se adaugă algebric: -6 și -6 = -12. Acum -12 + 9 = -3.
Răspuns: F = 54 x 10-3 N.
Exemple de exerciții
1. Avem o sarcină de 3 x 10-6C (q1) și o altă sarcină de -8 x 10-6C (q2) la o distanță de 2 m. Care este amploarea forței de atracție care există între cele două?
Răspuns: F = 54 X 10-3 N.
2. Determinați forța care acționează între două sarcini electrice 1 x 10-6C (q1) și încă 2,5 x 10 sarcină-6C (q2), care sunt în repaus și în vid la o distanță de 5 cm (nu uitați să aduceți cm la m urmând Sistemul internațional de măsurători).
Răspuns: F = 9 N.
